En 1954, l'officier Teddy Daniels et son coéquipier Chuck Aule sont envoyés enquêter sur l'île de Shutter Island, dans un hôpital psychiatrique où sont internés de dangereux criminels. L'une des patientes, Rachel Solando, a inexplicablement disparu...
Laura Mars est la photographe de mode la plus controversée de New York. Célèbre dans le monde entier, elle s'est fait connaitre pour ses sensationnels portraits érotiques de mannequins dans des décors à la gloire de la violence urbaine. Sa carrière est bientôt troublée quand elle découvre qu'elle peut voir à travers les yeux d'un tueur.