一九三零年代的上海，争夺名利、明争暗斗。被视为阮玲玉接班人的女明星孟思凡（林心如 饰）、出身大帅家庭的不知名小导演顾维邦（杨佑宁 饰）等一班寻求着各种自身所需的青年人，也把这里当做梦想的孵化器。

阴差阳错之间，打算开拍新电影的顾维邦结识了孟思凡，两人在丽宫电影院遇见，孟思凡向顾维邦提议一起拍摄一部以戏院为背景的惊悚爱情电影。就这样，两人开始了密集的准备工作。之后，顾维邦创作出了一个名为《夜半歌声》的剧本，孟思凡请到了当红小生主演故事的男主角。前期准备完毕，剧组准备在丽宫电影院开机，而这一家电影院正是传说中的灵异剧院，很多人劝说顾维邦放弃拍摄，然而他不信邪，坚持剧组人员进驻戏院马上开拍。

拍摄开始之后，剧组离奇事件不断，摄影师拍摄到了奇怪的画面，但是胶片洗印出来全部曝光过度，剧组的人员也纷纷表示现场“闹鬼”.然而，更大的意外发生了，男主角离奇死亡，陈尸现场极其可怕，顾维邦的未婚妻费丽斯（黄幻 饰）介入了事件的调查。在影片拍摄的过程中意外不断，甚至闹出了一连多起离奇命案，而一切似乎都指向孟思凡、顾维邦，还有关于他们多年前的一段尘封已久的往事。