Après avoir déposé sa fille Lucie à l'école, Hector, contrôleur des normes de sécurité, part inspecter le parc d'attractions d'épouvante Zombillénium. Il en voit trop et Francis, directeur et vampire, et l'agent de sécurité loup-garou le mordent. Il ressuscite en monstre à cornes et intègre la cohorte d'employés du parc : zombies, vampires, démons... tous à la solde du diable. Hector fuit pour retrouver sa fille, mais lui fait peur. Gretchen, sorcière stagiaire, vient le récupérer. Le diable pose un ultimatum à Francis car le parc est déficitaire. Hector accepte de rénover le train fantôme où officient les zombies et Sirius, le squelette syndicaliste. Le succès est au rendez-vous mais suscite la jalousie de Steven, le vampire beau gosse et star de la grande roue. Lors d'un concert, Gretchen et Hector font le show sur scène, au grand dam de Steven. Francis rencontre des investisseurs humains. Mais Steven piège Hector et Francis, et convainc les capitalistes de recentrer le parc sur les vampires. Déchu, Francis descend tourner la roue de l'enfer gardée par Cerbère. Le diable y rappelle les zombies, ainsi qu'Hector. Lucie se rend à l'inauguration de Vampirama. En découvrant sa présence, Hector se transforme en créature surpuissante. Il libère les zombies, sauve sa fille des dents de Steven et fait sensation auprès des actionnaires, qui valident l'idée d'un parc multi-monstres. Lucie reprend sa vie, entre l'école, son « nouveau » papa et Gretchen.