十八世紀末期的紐約，警察們還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）篤信科學的辦案方式，因此受到市內同行的排擠，被派到一個叫斷頭谷的小鎮辦理一起連環兇殺案。
斷頭谷一直流傳著關於“無頭騎士”的傳說，據說，他是因為嗜血而戰的黑森林雇傭軍，被敵人割去頭顱後，他的孤魂一直在斷頭谷遊蕩，在月黑風高之夜，他會騎著快馬、 拿著大斧將經過此地的行人的頭顱割下。兩個月內，小鎮中已經三個人慘遭毒手。
克瑞恩住進了當地富豪範塔索（邁克爾·甘伯恩 飾）家中，他對“無頭騎士”的傳說不以為然，但是，又有人接二連三的死去，他還親眼目睹了“無頭騎士”砍掉小鎮治安官的頭顱，他不得不相信傳說的存在，也堅定了要查出真相的決心。
經過一番調查，克瑞恩將疑點放在了範塔索身上，同時，他和範塔索的女兒卡翠娜（克裏斯蒂娜·裏奇 飾）剛剛萌芽的愛情也被殘酷的現實所摧毀。
就在克瑞恩以為一切真相大白，黯然神傷中準備離開斷頭谷時，事情發生了意想不到的變化……