Na Era eduardiana, o jovem advogado Arthur Kipps (Daniel Radcliffe) vive com seu filho de quatro anos de idade, Joseph (Misha Handley) e babá de seu filho (Jessica Raine). A esposa de Kipps,Stella (Sophie Stuckey) morreu após o parto. Kipps é atribuído a lidar com a propriedade de Alice Drablow, dona de uma mansão inglesa conhecida como Eel Marsh House, onde vivia com seu marido, o filho Nathaniel, e sua irmã Jennet Humfrye (Liz White). Embora os moradores queiram que ele vá embora, Kipps faz amizade com Sam Daily (Ciarán Hinds), um rico fazendeiro e sua esposa Elisabeth (Janet McTeer).



Na Eel Marsh House, localizada em uma ilha cheia de pântanos, Kipps vai para um quarto no andar de cima depois de ouvir passos e vê uma mulher vestida de preto fora da janela. Ele corre para os pântanos e as testemunhas do afogamento de Nathaniel. Acreditando que ele seja real, ele relata o avistamento na delegacia local e, enquanto lá, dois meninos trazem uma menina que havia tomado lixívia, ela morre nos braços de Kipps. Kipps considera que o advogado local trancou sua filha no porão.

Kipps fica sabendo com os Dailys que eles tinham um filho, Nicholas (Sidney Johnston), que se afogou enquanto brincava na praia. Nicholas possui Elisabeth e chama uma mulher pendurada que Kipps percebe que é Jennet. Mais tarde na Marsh, Kipps descobre notas que mostram que Jennet era mentalmente instável e era a verdadeira mãe de Nathaniel, mas a guarda foi concedida a Alice. Após a morte de Nathaniel nos pântanos, Jennet se enforcou. Kipps fica a noite na Eel Marsh House, em meio a inúmeras experiências paranormais com a Mulher de Preto e os filhos que ela teve se suicidam. Quando Sam leva Kipps de volta à cidade, a casa do delegado pega fogo. Kipps tenta resgatar a filha do delegado trancada no porão, mas a mando da Mulher de Preto ela quebra uma lanterna de querosene a seus pés, e é consumida pelas chamas.

A sra. Daily explica que os habitantes da cidade acreditam que quando alguém vê a Mulher de Preto uma criança comete suicídio. Seu filho a possui novamente e revela que o filho de Arthur Kipps é a próxima vítima. Sam e Kipps recuperam o corpo de Nathaniel e o enterra com sua verdadeira mãe, pensando que se enterrasse Nathaniel com sua mãe ela pararia os ataques. Kipps, em seguida, vai encontrar com seu filho na estação ferroviária e diz para a babá que eles tem que voltar imediatamente a Londres. A mando da Mulher de Preto, Joseph pula nos trilhos e começa a caminhar em direção a um trem que se aproxima. Kipps corre e agarra Joseph. Ainda de pé sobre os trilhos com Joseph, Kipps olha para cima para ver a plataforma agora deserta. Ele vê sua falecida esposa e percebe que ele e seu filho morreram. Os três juntos caminham em direção de uma luz.