1870年，在歌剧院的地下深处，传说住着一名相貌丑陋、戴着面具、却学识渊博的音乐天才，多年来他神出鬼没，躲避世人惊惧鄙夷的目光，被众人称之为“魅影”（杰拉德·巴特勒饰）。他动辄以鬼魅之姿制造各种纷乱，赶走他讨厌的歌手，甚至干涉歌剧院的主角人选和剧码安排。
幼年丧父的小克莉丝汀·戴伊被吉理夫人带到歌剧院接受舞蹈训练，成为一名芭蕾舞女。当深夜无法入睡时，小克莉丝汀总期盼父亲向她许诺过的音乐天使会出现。同情她的孤独，魅影假扮音乐天使，隔着墙对她说话，安慰她幼小的心灵，并教她歌唱的技巧。就这样九年过去了，年轻貌美的克莉丝汀（埃米·罗森饰）在魅影的帮助下凭借美妙的歌喉一夜成名。
在演出歌剧《哑仆》时，魅影指示要让克莉丝汀饰演主角，而让卡洛塔饰演仆人。可是剧院并没有遵从。演出时，魅影让卡洛塔失声，无法继续演出，而在演出芭蕾舞时，他又吊死了机械师约翰尼·布盖，并把他的尸体扔到舞台上。克莉丝汀和劳尔跑到剧院屋顶定情，却被魅影发现。
劳尔和克莉丝汀秘密订婚，魅影突然现身于歌剧院的化装舞会，强迫歌剧院演出他亲手谱作的歌剧《唐璜》，并指名由克莉丝汀担任女主角。心烦意乱的克莉丝汀，半夜奔至父亲坟前哭诉，魅影却意外的出现在墓园，劳尔也追了上来，与魅影拼剑，魅影愤怒的要与克莉丝汀和劳尔宣战。
在《唐璜》首演当晚，歌剧院四周布满警察，不料魅影竟然杀死男主角，亲身改扮上场，与克莉丝汀演对手戏。在戏演到最g.c时，克莉丝汀当众扯下他的面具，魅影启动机关将歌剧院的吊灯坠落，剧院付之一炬。魅影还将克莉丝汀掳至他的地下密室。劳尔追踪至地下，和魅影展开对决，却被他用绳索勒住，魅影藉此要胁克莉丝汀答应求婚。
一方面为了保护劳尔，另一方面克莉丝汀看清魅影的绝望和可怜之处。克莉丝汀吻上狂暴的魅影，此刻魅影明白自己对克莉丝汀的爱与克莉丝汀和劳尔的爱相比相差甚远，绝望的魅影送走紧紧相拥的这对恋人，在警察和群众闯入地下密室前，悄然隐去，只留下一张似笑非笑的凄凉面具。
1919年巴黎，年迈的劳尔坐着轮椅到破旧不堪的歌剧院里参加拍卖。在拍卖会上遇到了同样年迈的吉理夫人的女儿，劳尔拍到了一个身穿波斯袍子敲着铙钹的玩具猴的音乐盒，并把音乐盒带到了克莉丝汀的墓前。却发现克莉丝汀的墓前还有一枝系有墨绿色丝带的玫瑰花。