一九三零年代的上海滩名利场中，暗流涌动，无数青年将此地视为梦想的孵化器。被视为阮玲玉接班人的当红女星孟思凡，与出身大帅家庭的新锐导演顾维邦，在充满传奇色彩的丽宫电影院偶然邂逅。孟思凡提议合作拍摄一部以戏院为背景的惊悚爱情片，顾维邦随即创作出剧本《夜半歌声》，并邀请到当红小生担纲主演，剧组迅速集结完毕。
尽管丽宫电影院素有“灵异剧院”之称，周遭劝阻之声不绝于耳，但顾维邦坚信科学，力排众议坚持进驻开拍。然而摄影机启动后，怪事接踵而至，摄影师捕捉到的诡异画面在胶片冲洗后竟全部曝光过度，组成员工纷纷传言现场闹鬼。原本紧张的拍摄氛围逐渐被恐惧笼罩，看似偶然的异常现象背后，似乎隐藏着某种不可名状的威胁。
随着剧情推进，悲剧骤然升级，男主角离奇惨死，陈尸现场景象骇人听闻，顾维邦的未婚妻费丽斯被迫介入调查。接连发生的离奇命案让剧组陷入瘫痪，所有线索都隐隐指向孟思凡与顾维邦，更牵扯出一段尘封多年的往事。在这座被诅咒的魔宫之中，现实与幻象的边界日益模糊，众人必须在真相大白前直面内心最深的恐惧。
