Jerry Hartfield es el productor de Grave Encounters, un programa de telerrealidad dirigido por el cazador de fantasmas Lance Preston. Hartfield explica que el programa fue cancelado después de cinco episodios tras la desaparición de su equipo, y presenta escenas crudas de las imágenes recuperadas del sexto y último episodio. El equipo de Grave Encounters está formado por Lance, la especialista en ocultismo Sasha Parker, el operador de vigilancia Matt White, el cámara T.C. Gibson y el falso médium Houston Grey. El equipo es invitado a examinar el abandonado Hospital Psiquiátrico de Collingwood, donde se han registrado fenómenos inexplicables durante años. El director del hospital lleva a la tripulación a una visita de un día y les informa de la historia del hospital, en particular de un médico llamado Arthur Friedkin, que realizó experimentos poco éticos y lobotomías en los pacientes del hospital antes de ser asesinado por ellos. El equipo se encierra en el hospital durante la noche y comienza su investigación, acampando cerca de la entrada principal. No parece haber actividad paranormal en las primeras horas hasta que una puerta se cierra detrás de T.C.. La tripulación intenta establecer contacto con las entidades, y los incidentes no tardan en volverse más hostiles.

La tripulación comienza a reembolsar para preparar el desbloqueo del hospital por parte del director. Matt desaparece y los demás miembros pasan varias horas buscándolo. Cuando el alcaide no regresa, la tripulación fuerza la apertura de las puertas delanteras pero descubre que conducen a otro pasillo, así como a otras salidas falsas. También observan que todavía es de noche en el exterior del edificio cuando sus relojes indican que ya ha pasado la mañana. Se encuentran con una chica cuyo rostro se deforma demoníacamente. Mientras huyen atemorizados, Houston muere estrangulada por una fuerza invisible. La tripulación descubre que les han colocado brazaletes de identificación del hospital con sus nombres. Encuentran a Matt, vestido con una bata de hospital y ahora demente; murmura tonterías y explica que la única forma de escapar es ser “curado” por los residentes del hospital.

T.C. es arrastrado a una bañera llena de sangre y desaparece mientras Matt se tira por el hueco de un ascensor. Lance y Sasha son atacados por un demonio y se adentran en los túneles en busca de una salida. Sasha cae enferma y es secuestrada por una niebla. El aterrorizado e inestable Lance deambula solo por los túneles y se alimenta de ratas vivas para sobrevivir. Encuentra una puerta que conduce a la sala de operaciones de Friedkin, que contiene pruebas de rituales satánicos y magia negra. Ve las apariciones de Friedkin y de varias enfermeras, que arrastran al gritón Lance hasta una mesa de operaciones. La cámara se interrumpe durante unos instantes antes de volver a ser encendida por un Lance lobotomizado, que proclama que está curado y que puede marcharse.