À Seattle, les meilleures amies adolescentes Katie et Becca discutent de la légende locale d’une bande vidéo maudite; celui qui la regarde meurt sept jours plus tard. Katie prétend avoir regardé la cassette il y a une semaine. Quelques minutes plus tard, Katie est tuée par une force invisible.

À l’enterrement de Katie, sa tante Rachel Keller commence à enquêter sur la mort de Katie. Rachel vit avec son jeune fils Aidan, qui possède un degré de médiumnité. Rachel apprend que les amis de Katie qui ont également visionné la bande sont tous morts la même nuit que Katie, tous avec des apparences défigurées. Rachel se rend à Shelter Mountain Inn où Katie a séjourné, découvrant la bande vidéo maudite. Rachel regarde la cassette, qui contient des images inquiétantes et horribles. Une fois la bande terminée, Rachel reçoit un appel téléphonique d’un appelant inconnu qui murmure « sept jours ».

Rachel recrute Noah, son ex-petit ami et père d’Aidan, pour étudier la bande, en faisant une copie après avoir regardé l’original. Rachel commence à faire l’expérience de phénomènes surnaturels au fil de la semaine, hantée par une jeune fille aux longs cheveux noirs trempés. L’enquête sur les images de la bande conduit Rachel à Anna Morgan, une éleveuse de chevaux de l’île de Moesko, qui s’est suicidée après que ses chevaux primés se sont noyés. Rachel surprend Aidan en train de regarder la bande et découvre que Noah connaît également des événements surnaturels.

Rachel se rend sur l’île de Moesko pour parler à Richard, le veuf d’Anna. Lors du voyage en ferry, un cheval saute à sa mort après que Rachel l’ait caressé, recréant des images de la bande maudite. Noah se rend à l’Hôpital psychiatrique d’Eola pour consulter les dossiers médicaux d’Anna. Les deux découvrent séparément qu’Anna avait une fille adoptive, Samara, qui possédait une capacité à graver psychiquement des images mentales sur des surfaces et dans l’esprit des gens. Rachel essaie de parler avec Richard de Samara, mais il nie son existence.

Rachel parle avec le Dr Grasnik, médecin généraliste de l’île, qui explique que Samara a été adoptée en raison de l’infertilité d’Anna, leur recommandant de l’admettre chez Eola, en supposant que Samara est toujours là. Rachel se faufile dans la ferme Morgan, regardant une bande vidéo de Samara lors d’une séance de psychothérapie, qui prétend qu’elle n’a aucun contrôle sur ses capacités. Rachel affronte Richard, qui se suicide en apprenant que les pouvoirs de Samara sont toujours en liberté. Noé arrive et lui et Rachel se rendent à la grange, où Samara a été maintenue isolée. Ils trouvent une image brûlée d’un arbre, et Rachel la reconnaît depuis Shelter Mountain.

Ils retournent à l’auberge, localisant une pierre bien cachée sous les planches; l’image finale sur la bande. Rachel tombe dans le puits, éprouvant une vision d’Anna étouffant Samara et la jetant dans le puits, où elle est morte sept jours plus tard. Le cadavre de Samara fait surface après que Noah a dit à Rachel que le délai de sept jours est passé. Les autorités assurent Noé et Rachel que le cadavre de Samara sera enterré correctement.

Le lendemain, Rachel dit à Aidan que la malédiction a été levée en libérant Samara. Aidan, en détresse, dit à Rachel que c’était une erreur d’aider Samara, disant que maintenant elle ne s’arrêtera jamais. Dans son appartement, Noah est assassiné par le fantôme vengeur de Samara. Rachel, après avoir trouvé son cadavre défiguré, rentre chez elle et détruit la bande originale, se demandant pourquoi Noah a été tué mais elle ne l’était pas. Elle se rend compte que la différence est qu’elle a fait une copie de la bande, qu’Aidan a regardée, poursuivant ainsi le cycle que Samara veut répandre de dupliquer la vidéo et de la montrer à quelqu’un d’autre pour se sauver.

Rachel aide Aidan à faire une copie de la bande maudite. Aidan demande ce qui arrivera à la personne qui regarde la nouvelle cassette, à laquelle Rachel ne répond pas.