1941. Stanton Carlisle fuit une maison en plein campagne après y avoir mis le feu pour incinérer un corps. Quelque temps plus tard, il réussit à se faire embaucher dans une foire itinérante où il est choqué de voir un homme réduit à l'état d'épave faire le numéro du "Geek", fascinant les spectateurs en mangeant un poulet vivant. Ayant aidé à le retrouver alors qu'il s'échappait, il est convié par le directeur de la troupe, Clem Hoatley, à venir s'installer dans le camp de base de la foire. Là par son charisme il parvient à s’attirer les bonnes grâces d’une voyante, Zeena et de son mari Pete, une ancienne gloire du mentalisme. S’initiant auprès d’eux, il voit là un moyen de décrocher son ticket pour le succès. Un soir que Pete a besoin d'une bouteille d'alcool, il la remplace sans doute par l'alcool frelaté que donne Clem Hoatley à son Geek. Lorsque Pete meurt le lendemain, il récupère le carnet contenant tous ses codes secrets et les moyens de faire "le coup du revenant". Ayant séduit la belle et vertueuse Molly, Stanton la convainc de devenir son assistante. Amoureuse, elle laisse ainsi derrière elle Bruno, "L'homme le plus fort du monde" et "Le major" qui étaient sa seule famille.
Deux ans plus tard, Stanton et Molly sont invités dans de très chics palaces pour faire leur numéro. Un soir où Stanton est irrité par les erreurs de Molly pour interpréter ses questions codées, il doit affronter une femme blonde, Lilith Ritter, qui soupçonne sa connivence avec Molly. Pourtant, Stanton, doué pour l'observation et les déductions, triomphe en devinant un pistolet caché dans son sac à main. Stanton, emporté par sa soif de pouvoir, en profite pour désarçonner le vieil homme qui accompagne Lilith en lui déclarant savoir que la disparition d'un proche lui pèse...
Guillermo del Toro, venu du Mexique pour déployer son art fantastique, cherche une forme de reconnaissance dans le genre hollywoodien par excellence : le film noir. Il réalise ainsi un remake du film réalisé par Edmund Goulding en 1947. Métaphore aussi de cet ennoblissement : il ancre la première partie dans la "Nightmare alley" de la foire avant de rejoindre le monde urbain dominé par la haute bourgeoisie. Même si le film ne convainc pas totalement, on ne lui souhaite pas pour autant de finir comme son héros.