Nous sommes en 1799 dans une petite ville nommée Sleepy Hollow. Plusieurs personnes sont décapitées et leurs têtes volées. La rumeur veut que l'auteur du massacre soit le fantôme sans tête d'un guerrier sanguinaire, ayant été décapité non loin de là. Ces hypothèses surnaturelles font sourire Ichabod Crane, policier cartésien envoyé sur les lieux. Tout en enquêtant, il tombe sous le charme de Katrina van Tassel, la fille d'un des notables de la ville. Puis un soir, il assiste à un nouveau meurtre, et se trouve forcé d'accepter l'existence du fantôme. Il le suit et découvre l'arbre où il vit. A la suite d'un nouveau meurtre, Ichabod comprend que le cavalier ne tue pas de manière aléatoire : il est télécommandé. Parallèlement, il découvre qu'une sombre affaire d'héritage lie les notables. Les soupçons d'Ichabod se portent d'abord sur van Tassel, mais il est tué à son tour. Il découvre finalement que c'est la belle-mère de Katrina qui dirige le cavalier. Les biens de sa famille ayant jadis été spoliés au profit des van Tassel, elle avait volé la tête du cavalier et s'était livré à la sorcellerie pour qu'il devienne l'arme de sa vengeance. Ichabod réussit à retrouver cette tête. Une fois reconstitué, le cavalier se retourne contre sa maîtresse et l'engloutit dans son arbre. Ichabod et Katrina repartent ensemble à New York.