十八世紀末期的紐約，警察們仍延用古老的辦案方式對罪犯刑訊逼供。年青的警察伊卡布·克瑞恩（約翰尼·戴普飾）篤信科學辦案，因此被排擠至斷頭谷小鎮調查連環兇殺案。當地流傳著無頭騎士的傳說——黑森林雇傭軍因嗜血而戰被割去頭顱后，其孤魂每逢月黑風高便騎馬揮斧斬人首級。兩個月內已有三人遇害，克瑞恩住進富豪范塔索（邁克爾·甘伯恩飾）家中，起初不信傳說卻接連目睹慘劇，甚至親見治安官被無頭騎士斬首，遂決心追查真相。他逐步將疑點集中于范塔索家族，并與范塔索之女卡翠娜（克里斯蒂娜·里奇飾）萌生愛意。當克瑞恩自認真相大白黯然準備離開時，意外發現范塔索實為女巫頭目——其通過獻祭鎮民復活無頭騎士，企圖借助黑暗力量永生。卡翠娜表面協助調查實則暗中破壞，兩人情感亦因此破裂。最終克瑞恩識破陰謀，在無頭騎士再度行兇時將其引誘至教堂廢墟，借助圣物與科學手段合力終結詛咒，揭露了范塔索跨越生死操控騎士的罪惡計劃。