In 1969 in Seattle ontmoet rechtenstudent Ted Bundy (Zac Efron) Elizabeth “Liz” Kendall (Lily Collins), een jonge secretaresse en gescheiden moeder. De twee beginnen te daten, en Ted helpt Liz met het opvoeden van haar jonge dochter, Molly.
In 1974 kondigen nieuwsberichten de recente moorden op meerdere jonge vrouwen aan, waaronder twee die op klaarlichte dag verdwenen bij Lake Sammamish; een man die op Ted lijkt werd door verschillende mensen gezien die vrouwen vroegen om hem te helpen een zeilboot op een Volkswagen Kever te laden. Een compositietekening van de aanvaller wordt vrijgegeven en na honderden telefoontjes wordt Ted het jaar daarop gearresteerd.
Een jonge vrouw genaamd Carol DaRonch (Grace Victoria Cox) kiest Ted uit een politie line-up, bewerend dat hij haar had ontvoerd en gedreigd had haar te doden voordat ze erin slaagde te ontsnappen. Ted wordt op borgtocht vrijgelaten en keert terug naar huis, naar Liz die overstuur is na het lezen van een artikel over hem in de krant. Ted legt uit dat Carol zijn foto te zien kreeg voordat de line-up plaatsvond, daarom kwam hij haar bekend voor, en zegt dat hij gelooft dat hij erin geluisd wordt. Na een vierdaags proces wordt Ted schuldig bevonden aan zware ontvoering en veroordeeld tot een gevangenisstraf van minimaal 1 tot maximaal 15 jaar in de staatsgevangenis van Utah.
Een paar weken later klagen de autoriteiten van Colorado Ted aan voor de moord op Caryn Campbell, en hij wordt in 1977 overgeplaatst naar Aspen, Colorado. Liz weigert te geloven dat Ted schuldig is, de gebeurtenissen beginnen een tol te eisen van haar, en ze begint zwaar te drinken als gevolg daarvan. In het gerechtsgebouw van Pitkin County kiest Ted ervoor om zijn eigen advocaat te zijn en hoeft hij dus geen handboeien of beenboeien te dragen. Tijdens een rechtszitting ontsnapt Ted uit het gerechtsgebouw door uit een raam op de tweede verdieping te springen en door de stad naar de bergen te rennen, maar hij wordt na zes dagen teruggehaald.
Liz bezoekt Ted en beëindigt hun relatie. Later ontsnapt hij opnieuw nadat hij een vierkant in het plafond van zijn cel heeft gezaagd. Twee vrouwen in een studentenhuis worden vermoord aan de Florida State University, gevolgd door wrede aanvallen op drie anderen. Nadat Ted is gearresteerd, probeert hij contact op te nemen met Liz, maar zij hangt op. Hij begint een groep vrouwen te krijgen die door hem gefascineerd zijn, sommigen beweren zelfs dat ze van hem houden. Ted krijgt ook bezoek van een oude vriendin, Carole Ann Boone (Kaya Scodelario), die gelooft dat hij onschuldig is en naar Florida verhuist om dichter bij hem te zijn tijdens zijn aanstaande moordproces.
Er wordt onderhandeld over een pleidooi voor het proces waarin Bundy schuldig zou pleiten aan het doden van de twee meisjes van de studentenclub, Lisa Levy en Margaret Bowman, en de twaalfjarige Kimberly Leach, in ruil voor een gevangenisstraf van 75 jaar in plaats van de doodstraf, maar hij weigert. Ted en Carole Ann groeien naar elkaar toe als ze hem regelmatig bezoekt; de twee beginnen een relatie, maar Ted blijft zijn hand uitsteken naar Liz die zijn rechtszaken volgt via de televisie. Zij draagt de schuld dat zij in 1975 Teds naam aan de autoriteiten van Seattle heeft doorgegeven. Ted doet Carole Ann halverwege het proces een aanzoek en ze trouwen.
Incriminerend fysiek bewijs wordt geleverd in de rechtszaal, waaronder een match van een gipsafdruk van Teds tanden met de indrukken van bijtwonden achtergelaten op Levy’s billen. In minder dan zeven uur veroordeelt de jury Ted voor de moorden op Levy en Bowman, drie pogingen tot moord in de eerste graad en twee inbraken. Rechter Edward Cowart (John Malkovich) legt de doodstraf op voor de veroordelingen tot moord, uit te voeren met executie door elektrocutie.
Tien jaar later ontvangt Liz een brief van Ted en bezoekt hem, waarbij ze een foto meeneemt die haar door een detective is gegeven. Ze eist de waarheid, maar Ted blijft ontkennen iets met de moorden te maken te hebben en beweert onschuldig te zijn. Dan laat ze Ted een foto zien – een plaats delict foto van een van zijn onthoofde slachtoffers – en uiteindelijk geeft hij toe dat hij haar hoofd heeft afgezaagd door het woord “hacksaw” op het met dauw beslagen raam van de bezoekkamer te schrijven. Liz verlaat de gevangenis in shock, maar wordt buiten opgewacht door haar nieuwe echtgenoot Jerry (Haley Joel Osment) en Molly, nu een tiener, en ze verkondigt dat ze eindelijk in orde is.
Als de film eindigt, vertellen archiefbeelden en tekst op het scherm dat Ted in januari 1989 werd geëxecuteerd, 42 jaar oud. Ted had meer dan 30 moorden bekend dagen voor zijn executie, en zijn as werd uitgestrooid in de Cascade Mountains, waar hij de resten van talloze slachtoffers had gedeponeerd.
