Chris MacNeil, une actrice de télévision, s'inquiète d'entendre des bruits bizarres dans la chambre de sa fillette de douze ans, Regan, qui se plaint d'ailleurs d'avoir des difficultés à dormir. Chris constate elle-même que d'inquiétants mouvements spasmodiques ébranlent le lit de sa fille et Regan change peu à peu de personnalité, devenant un véritable monstre, agressif et au langage obscène. Les médecins pensent alors que Regan est atteinte d'un trouble du cerveau et la jeune fille subit divers tests mais aucune lésion ne peut être décelée. Les psychiatres s'avouent à leur tour vaincus.
Regan semble possédée par une force anormale et la statue de la Vierge qui se trouvait dans la chapelle du collège voisin est profanée.
Burke Dennings, le metteur en scène qui dirigeait Chris, meurt dans des circonstances mystérieuses après avoir été seul avec Regan. Le lieutenant Kinderman qui mène l'enquête en arrive à la conclusion que Regan est l'auteur de ce meurtre. Chris décide alors de faire exorciser Regan qui se livre durant ses crises de possession à d'abjects sacrilèges. Deux prêtres vont accomplir l'exorcisme : le père Karras et le père Merrin qui a fait des recherches archéologiques en Irak. Le père Karras se sacrifie après que le père Merrin ait été terrassé : il fait pénétrer le démon en lui-même puis se jette par la fenêtre. Libérée, Regan retrouve son état normal et perd tout souvenir de ce qui lui est arrivé.
Lorsque, en 1972, la Paramount invente un nouveau mode de distribution massive accompagné dun énorme budget publicitaire avec Le Parrain, de Francis Ford Coppola, elle ouvre lère des records. Placé demblée en tête du box-office de tous les temps, le film sera dépassé dès lannée suivante par L'exorciste (1973) puis Les dents de la mer (Steven Spielberg, 1975) et La guerre des étoiles (George Lucas, 1977).
Un des films les plus effrayants, entre Rendez-vous avec la peur (Jacques Tourneur 1957) et Prince des ténèbres (John Carpenter, 1987).