Il 21 ottobre 1994 Heather Donahue, Joshua Leonard e Michael Williams, tre studenti, si avventurano nei boschi di Black Hill Forrest, nel Maryland, per realizzare un documentario su Elly Kedward, accusata di stregoneria e cacciata dalla città di Blair alla fine del 1700. Da allora infatti una leggenda popolare racconta che nei boschi aleggia la presenza malefica della strega. I tre cominciano a seguire un percorso preciso che però poco dopo si confonde nell'intrico della boscaglia. In breve smarriscono la strada, cominciano a rinfacciarsi l'idea di aver voluto tentare quell'impresa, accusano il peso di difficoltà logistiche crescenti. Vedono sassi raggruppati a croce, sentono strani ululati, si perdono tra loro, si ritrovano, non sanno più da che parte dirigersi. Quando di nuovo arriva la notte, la ragazza rivolge lo sguardo atterrito verso la videocamera che riprende il tutto, chiede scusa ai genitori, poi scompare nel buio.

Dopo il successo di The Blair Witch Project, Burkettsville e il bosco di Black Hill, luoghi d'ambientazione del film, sono diventati meta di pellegrinaggio da parte di curiosi e appassionati di stregoneria. Su questo reale dato di cronaca il regista Joe Berlinger, documentarista molto apprezzato, innesta la trama del nuovo film. Quattro escursionisti, Stephen, Tristen, Erica e Kim, guidati da Jeff, un giovane del luogo, decidono di passare la notte nel bosco per filmare fenomeni occulti. Dopo aver sistemato le telecamere e aver vegliato alcune ore, si addormentano. La mattina si accorgono che la loro attrezzatura è stata distrutta. Per capire cosa sia accaduto visionano i nastri registrati, ritrovati stranamente intatti. Scopriranno cose agghiaccianti e, in preda a visioni sinistre e allucinazioni, commetteranno azioni terribili...