一九三零年代的上海，爭奪名利、明爭暗鬥。被視為阮玲玉接班人的女明星孟思凡（林心如 飾）、出身大帥家庭的不知名小導演顧維邦（楊佑寧 飾）等一班尋求著各種自身所需的青年人，也把這裏當做夢想的孵化器。
陰差陽錯之間，打算開拍新電影的顧維邦結識了孟思凡，兩人在麗宮電影院遇見，孟思凡向顧維邦提議一起拍攝一部以戲院為背景的驚悚愛情電影。就這樣，兩人開始了密集的準備工作。之後，顧維邦創作出了一個名為《夜半歌聲》的劇本，孟思凡請到了當紅小生主演故事的男主角。前期準備完畢，劇組準備在麗宮電影院開機，而這一家電影院正是傳說中的靈異劇院，很多人勸說顧維邦放棄拍攝，然而他不信邪，堅持劇組人員進駐戲院馬上開拍。
拍攝開始之後，劇組離奇事件不斷，攝影師拍攝到了奇怪的畫面，但是膠片洗印出來全部曝光過度，劇組的人員也紛紛表示現場“鬧鬼”.然而，更大的意外發生了，男主角離奇死亡，陳屍現場極其可怕，顧維邦的未婚妻費麗斯（黃幻 飾）介入了事件的調查。在影片拍攝的過程中意外不斷，甚至鬧出了一連多起離奇命案，而一切似乎都指向孟思凡、顧維邦，還有關於他們多年前的一段塵封已久的往事。