En 1969, en Seattle, el estudiante de derecho Ted Bundy (Zac Efron) conoce a Elizabeth «Liz» Kendall (Lily Collins), una joven secretaria y madre divorciada. Ambos comienzan a salir, y Ted ayuda a Liz a criar a su pequeña hija, Molly.
Para 1974, las noticias anuncian los recientes asesinatos de múltiples mujeres jóvenes, incluyendo dos que desaparecieron a plena luz del día en el lago Sammamish; un hombre parecido a Ted fue visto por varias personas pidiendo a las mujeres que le ayudaran a cargar un velero en un Volkswagen Beetle. Se publica un retrato robot del atacante y, tras cientos de llamadas telefónicas, Ted es detenido al año siguiente.
Una joven llamada Carol DaRonch (Grace Victoria Cox) elige a Ted en una rueda de reconocimiento de la policía, alegando que la había secuestrado y amenazado con matarla antes de conseguir escapar. Ted queda en libertad bajo fianza y vuelve a casa con Liz, que está disgustada tras leer un artículo sobre él en el periódico. Ted explica que a Carol le mostraron su foto antes de la rueda de reconocimiento, por lo que le resultaba familiar, y dice que cree que le han tendido una trampa. Tras un juicio de cuatro días, Ted es declarado culpable de secuestro con agravantes y es condenado a cumplir entre un mínimo de 1 y un máximo de 15 años en la prisión estatal de Utah.
Unas semanas después, las autoridades de Colorado acusan a Ted del asesinato de Caryn Campbell, y es trasladado a Aspen, Colorado, en 1977. Liz se niega a creer que Ted es culpable, los acontecimientos empiezan a hacer mella en ella y, como consecuencia, comienza a beber en exceso. Mientras está en el juzgado del condado de Pitkin, Ted elige ser su propio abogado y, como tal, se le exime de llevar esposas o grilletes. Durante un receso del tribunal, Ted escapa del juzgado saltando por una ventana del segundo piso y corriendo hacia las montañas a través del pueblo, pero es recapturado después de seis días.
Liz visita a Ted y termina su relación. Más tarde vuelve a escapar tras serrar un cuadrado en el techo de su celda. Dos mujeres de una hermandad de mujeres son asesinadas en la Universidad Estatal de Florida, seguidas de crueles ataques a otras tres. Después de que Ted es arrestado, intenta ponerse en contacto con Liz, pero ella le cuelga el teléfono. Comienza a recibir un seguimiento de mujeres que están fascinadas por él, algunas incluso afirman que lo aman. Ted también recibe la visita de una vieja amiga, Carole Ann Boone (Kaya Scodelario), que cree que es inocente y se traslada a Florida para estar más cerca de él durante su próximo juicio por asesinato.
Se negocia un acuerdo previo al juicio en el que Bundy se declararía culpable de matar a las dos chicas de la hermandad, Lisa Levy y Margaret Bowman, y a Kimberly Leach, de doce años, a cambio de una condena de 75 años de prisión en lugar de la pena de muerte, pero él se niega. Ted y Carole Ann se acercan a él, ya que ella le visita regularmente; ambos comienzan una relación, pero Ted sigue acercándose a Liz, que sigue sus juicios por televisión. Ella carga con la culpa de ser la persona que dio el nombre de Ted a las autoridades de Seattle en 1975. Más tarde, Ted le propone matrimonio a Carole Ann en medio del juicio y se casan.
En el juicio se aportan pruebas físicas incriminatorias, incluida la coincidencia de un molde de yeso de los dientes de Ted con las impresiones de las heridas por mordedura dejadas en las nalgas de Levy. En menos de siete horas, el jurado condena a Ted por los asesinatos de Levy y Bowman, tres cargos de intento de asesinato en primer grado y dos cargos de robo. El juez del juicio, Edward Cowart (John Malkovich), impone penas de muerte por las condenas de asesinato que se cumplirán con la ejecución por electrocución.
Diez años después, Liz recibe una carta de Ted y le visita, llevando una fotografía que le ha dado un detective. Ella exige la verdad pero Ted sigue negando tener nada que ver con los asesinatos y proclama su inocencia. Entonces ella le muestra a Ted una fotografía -una imagen de la escena del crimen de una de sus víctimas decapitadas- y él finalmente admite que le cortó la cabeza escribiendo la palabra «sierra para metales» en la ventana empañada de rocío de la sala de visitas. Liz sale de la prisión conmocionada, pero se encuentra fuera con su nuevo marido Jerry (Haley Joel Osment) y Molly, ahora adolescente, y proclama que por fin está bien.
Cuando la película termina, las imágenes de archivo y el texto en pantalla dicen que Ted fue ejecutado en enero de 1989, a los 42 años de edad. Ted había confesado más de 30 asesinatos días antes de su ejecución, y sus cenizas fueron esparcidas en las montañas Cascade, donde había depositado los restos de numerosas víctimas.
