Jerry Hartfield é o produtor de Grave Encounters, um programa de televisão reality show dirigido pelo caçador fantasma Lance Preston. Hartfield explica que o programa foi cancelado após cinco episódios após o desaparecimento de sua equipe, e apresenta cenas brutas das filmagens recuperadas do sexto e último episódio. A equipe Grave Encounters é composta por Lance, o especialista em ocultismo Sasha Parker, o operador de vigilância Matt White, o operador de câmera T.C. Gibson, e o falso meio Houston Grey. A tripulação é convidada a examinar o Hospital Psiquiátrico abandonado de Collingwood, onde há anos são relatados fenómenos inexplicáveis. O diretor do hospital leva a tripulação em uma excursão de um dia e os informa sobre o histórico do hospital, particularmente de um médico chamado Arthur Friedkin, que realizou experimentos antiéticos e lobotomias nos pacientes do hospital antes de ser morto por eles. A tripulação se tranca dentro do hospital durante a noite e inicia sua investigação, montando acampamento perto da entrada principal. Nenhuma atividade paranormal parece ocorrer nas primeiras horas até que uma porta se feche atrás de T.C.. A tripulação tenta estabelecer contato com as entidades, e os incidentes logo se tornam mais hostis.

A tripulação começa a reembalar em preparação para que o diretor destranque o hospital. O Matt desaparece e os outros membros passam várias horas à sua procura. Quando o diretor não volta, a tripulação força as portas da frente a se abrirem, mas descobre que elas levam a outro corredor, assim como a outras saídas falsas. Eles também notam que ainda é noite fora do prédio quando seus relógios indicam que já passou da manhã. Eles encontram uma garota cujo rosto distorce demoniosamente. Ao fugir com medo, Houston é estrangulada até a morte por uma força invisível. A tripulação descobre que eles foram equipados com pulseiras de identificação do hospital com seus nomes. Eles encontram Matt, usando uma bata de hospital e agora louco; ele murmura bobagens e explica que o único meio de fuga é ser “curado” pelos residentes do hospital.

T.C. é puxado para uma banheira cheia de sangue e desaparece enquanto Matt se joga no poço de um elevador. Lance e Sasha são atacados por um demônio e entram nos túneis em busca de uma saída. Sasha adoece e é raptado por uma névoa. O aterrorizado e instável Lance vagueia pelos túneis sozinho e alimenta-se de ratos vivos para sobreviver. Ele encontra uma porta para a sala de operações de Friedkin, que contém evidências de rituais satânicos e magia negra. Ele vê as aparições de Friedkin e várias enfermeiras, que arrastam o gritante Lance para uma mesa de operações. A câmera corta por alguns momentos antes de ser ligada por um Lance lobotomizado, que proclama que ele está curado e autorizado a sair.