Après l'autopsie du corps de la jeune Emily Rose, Erin Bruner, brillante avocate, est chargée de défendre le père Moore, accusé du meurtre de l'adolescente. Celui-ci veut profiter du procès pour établir la vérité. Tandis qu'Erin se définit comme agnostique, le procureur, Ethan Thomas, est un catholique convaincu. A la barre, les témoins se succèdent. Des proches d'Emily, ainsi que des spécialistes de la psychiatrie et de l'exorcisme, donnent leur point de vue sur ce qui a pu causer la mort de la jeune femme. Celle-ci était en proie à des hallucinations. Pendant le procès, d'étranges événements font vaciller les convictions de l'avocate...