Film ini berlatar tahun 1990-an dan mengikuti agen FBI pemula, Lee Harker (Maika Monroe), yang ditugaskan menyelidiki serangkaian pembunuhan berantai yang dilakukan oleh seorang pembunuh misterius bernama “Longlegs” (Nicolas Cage). Selama penyelidikan, Harker menemukan petunjuk yang mengarah pada unsur-unsur gaib dan keterkaitan pribadi dengan sang pembunuh.