第一幕
1911年，巴黎歌剧院，这里正在进行当年魅影事件遗留物的拍卖会。展示台上现在放着一个音乐盒，打开后，清脆悦耳的音乐响起（面具的主题）。一个面容沧桑的老绅士罗尔（Raoul）买下了它，他凝视着音乐盒，往昔的记忆涌上心头而不竟开始低吟。而接着拍卖的是原歌剧院华丽的枝形水晶吊灯，拍卖员谈到了多年前的另一件意外，以及背后的歌剧院魅影之谜。随着电路接通，巨大的吊灯缓缓升起，整个舞台刹那光彩夺目，管风琴奏起了序曲，场景转换，整个场景突然回去到50年前的1861年。
巴黎歌剧院正在以彩排来迎接新经理和赞助人。这是歌剧《汉尼拔》（Hannibal），迦太基大将汉尼拔凯旋归来的一场，但是当演迦泰基皇后的女高音卡罗塔（Carlotta）高唱主咏叹调“Think of Me”时，幕布突然落下，人们一片惊慌，纷纷低声议论说魅影又出现了，卡罗塔愤怒的从幕布后走出来，指责剧院一再无视自己的安全，宣布罢演扬长而去。无奈中，原本演侍女的舞蹈演员克莉丝汀（Christine）被人推选出来代替卡罗塔。令人惊讶的是，完全不被新经理看好的克莉丝汀技惊四座，这时的钢琴伴奏逐渐切换成管弦乐通奏，彩排也变成了正式演出，克莉丝汀的演出获得极大成功。人们为她的声音叫好，而在二楼的一个包厢里，剧院的新赞助人，贵族罗尔也激动的注视着克莉丝汀，他惊喜地发现，对方还是自己幼时的玩伴。
克莉丝汀向挚友梅格(MEG)自述说，她的演唱能力得益于一个神秘的老师，他似乎无处不在，却从未真正出现在面前，只是不断用自己的声音引导她，就像父亲临终前所说的“音乐天使”那样令自己向往。克里斯蒂在“Angel of Music”的唱段中讲述了她的音乐天使。此时罗尔也来祝贺克莉丝汀，并坚持邀请她共进晚餐。当克莉丝汀回到化妆室，房间里却响起了魅影（Phantom）的声音。歌剧魅影“The Phantom of the Opera”的主题响起，克莉丝汀惶恐又喜悦地召唤魅影显身，魅影回答：看着镜子里的你吧，我就在那里。渐渐的，在镜中真的出现了魅影的影子，他的脸上带着一张白色的面具，威严而无法琢磨，镜子像门般滑开了，魅影从背后伸出手将克莉丝汀拉进了黑暗。
这是歌剧院的地下湖，克莉丝汀与魅影坐在一条船上，蜡烛在迷雾中闪烁着幽明的光，若有似无的风在黑暗中吹动，他们唱起了夜晚的音乐，歌声柔美。魅影带着克莉丝汀来到了地下迷宫的深处，这里就仿佛他的王国一般，克莉丝汀沉浸在梦幻般的世界和魅影美妙的“Music of the Night”中。突然她看到一具和自己一模一样的腊像正披着婚纱，吓得昏了过去，魅影温柔地把她安置在床上，在一个音乐盒的伴声中，克莉丝汀在魅影的迷宫中度过了一夜。
醒来后的克莉丝汀，面前是正沉浸于创作音乐而不能自我的魅影背影，她突然产生好奇而偷偷揭开了魅影的面具，里面出现了一张变形而极其可怖的脸。被发现自己真相的魅影暴怒而大声诅咒，但咒骂过后，他又恢复了冷静，轻声告诉克莉丝汀说自己是如此爱她，将来你也会了解这面具后的灵魂，克莉丝汀也似乎被他感动了，同情地将面具递还给魅影，魅影则将其送返地面。
不久后，还在为女主角失踪而焦头烂额的剧院经理及其他几人都收到署名为O.G.（Opera Ghost）的信，上面是魅影提出的种种要求，包括威逼要求在新剧《耳背亲王》（“Il Muto”）中让克莉丝汀演主角，而卡罗塔演一个没有台词的书童当陪衬。卡罗塔受不了这侮辱而大闹，经理等人连忙宁事息人，最后决定卡罗塔仍然唱主角，克莉丝汀演龙套。
在上演时，罗尔干脆坐进了魅影要求为其保留的第五包厢里，演到一半，剧院四面响起了魅影的诅咒，吊灯忽明忽暗，人们找不到真正的魅影所在，这时卡罗塔还在保持架子喝令克莉丝汀禁止开口，自己却突然被人捣鬼而变得嗓音嘶哑难听如同蛤蟆。在一片哄笑和混乱中，经理只得宣布让克莉丝汀临时改演主角。
但这还没完，原本一直吹嘘自己丝毫不怕魅影的控幕员布克，突然已被绳勒死而掉落到舞台上，人群尖叫着逃离剧场，而克莉丝汀恐惧地大叫罗尔名字，罗尔赶来将她带离舞台，两人仓促之中躲到了剧院天台上。
罗尔并不害怕也不相信魅影的存在，唱出了剧中著名的“All I Ask of You”来安慰克莉丝汀，两人的心在这歌声中联系起来，产生了伟大的爱情。躲在一边的魅影看着他们离去，用同样的旋律唱出了他心中的伤痛，沙哑的声音一遍遍呼唤克莉丝汀的名字，但得不到回答，和两人幸福的背影形成了鲜明的对比，愤怒的火焰要将他烧成灰烬，他诅咒说要报复两人，在他的狂笑声中，剧院的大吊灯落下，第一幕结束。
第二幕
接下来的日子里，魅影突然如同消失一般不见踪影，六个月后，剧院举行了一场化妆舞会，穿着奇装异服的人们打扮成魅影的样子唱起了剧中华丽的一首合唱“Masquerades”，庆祝和嘲笑不攻自破的对手。克莉丝汀与罗尔也在人群中，他们此时已偷偷的订婚，但因为恐惧，克莉丝汀不敢将订婚戒指带在手上。众人正在狂欢的最高潮，化妆成死神的魅影突然出现，他扯下了克莉丝汀的订婚戒指，将一封新手稿《唐璜的胜利》（Don Juan Triumphant）掷给剧院经理要求克莉丝汀继续为自己歌唱。这次经理再也不敢违抗，而罗尔觉得可以利用这个机会，因为那天演出时魅影肯定会再次到场，也将是和魅影做了结的最好机会，克莉丝汀感到为难。
魅影的真实身份是一个虽有天赋却因丑陋外表受人歧视，最后不得不躲进迷宫，也心理极度扭曲的可怜人，但他长期居住在不为人知的世界中，对歌剧院和地下迷宫的结构了如指掌。为了避开他的控制，克莉丝汀被罗尔藏在别处，但是她被自己的压抑而苦恼，最后偷偷前去自己父亲坟墓前祈祷寻求解脱。在墓碑前，她祝愿可怜的魅影也能得到幸福，她祈祷父亲能指引自己。这时魅影伪装成父亲的声音，用一曲具魅惑力的“Wandering Child”开始引诱她，克莉丝汀仿佛被父亲的影子所吸引，开始情不自禁地走向魅影，幸好这时罗尔及时赶到，两人言语的正面交锋中，魅影不敌罗尔的劝阻，克莉丝汀被带走，恼羞成怒的魅影恶毒咒骂说大家今日已成水火，要其一同为愚蠢而陪葬。
上演当晚，一切安排就绪，警察将大门一一锁上，枪手们瞄准了第五包厢，每一个人都屏住了呼吸，但是魅影迟迟没有显身。而在舞台上，他其实已经神不知鬼不觉地代替了原来的男主角Piangi，出演带着面具伪装成好友去戏弄对方妻子的唐璜。只有克莉丝汀敏感地察觉到与自己合演的正是魅影本人，两人假戏真唱，一曲“The Point of No Return”将剑拔弩张的气氛达到高潮，在两人的较量中，再一次仿佛被感动的魅影似乎失去了置克莉丝汀于死地的敌意。在魅影悲壮的歌声中，克莉丝汀鼓起了勇气，在众目睽睽之下将他的面具脱下。观众一片尖叫，警察试图冲上舞台，但一切都仿佛在魅影的操纵中，一片混乱中拉着克莉丝汀消失在地下，只有罗尔在知道魅影真相的吉瑞太太的指引下找到了进入迷宫的道路，紧追两人不舍。
迷宫深处，魅影捧着婚纱，痛恨地说是自己这扭曲的脸毒害了爱情，再一次对克莉丝汀提出，要她接受自己炙烈的爱意，罗尔赶到，却被魅影用机关抓住，并乘机以此威胁克莉丝汀。但克莉丝汀却在危急下被爱情激发出了勇气，她慢慢抬起头，流着眼泪，走到魅影的面前，告诉他自己已经不再害怕那张丑陋的脸，因为他的心比任何人都脆弱而值得同情。在华丽的音乐中，克莉丝汀亲吻了魅影的嘴唇，魅影也终于被这伟大爱情所感动和崩溃，他释放了罗尔，要求罗尔带着克莉丝汀立刻离开，把一切全都忘记。然后他面对心爱的八音盒，独自吟唱起象征告别、毁灭、和新生的咏叹调，也是最后的“All I Ask of You”，众人终于来到了这里，却已人去楼空，只在空荡荡的大厅里发现了一个面具……

玛利亚（朱丽·安德鲁斯 饰）是一个年轻活泼的修女，喜欢在大自然下高声歌唱，所以她常常忘记了修道院里的规矩。院长认为玛利亚并不属于规矩严格的修道院。院长与众嬷嬷商量后，决定安排玛利亚到一位名叫特拉普（克里斯托弗·普卢默 饰）上校家当家庭教师。
上校的妻子去世多年，留下7个孩子，他要求对孩子严格管教。他告诉玛利亚在他家的家庭教师都做不长久，都是因为孩子的恶作剧。玛利亚果然也遭到了恶作剧，可是这位善良的老师并没有告诉他们的父亲，而是像个母亲一样照顾孩子，很快跟孩子打成一片。上校也渐渐在玛利亚的引导下改变了对孩子们的态度。上校与玛利亚之间发生了感情，他们完婚后回到了已被纳粹占领的奥地利，上校并不想为纳粹办事，一家人准备逃跑……

米娅（艾玛·斯通 Emma Stone 饰）渴望成为一名演员，但至今她仍旧只是片场咖啡厅里的一名平凡的咖啡师，尽管不停的参加着大大小小的试镜，但米娅收获的只有失败。某日，在一场派对之中，米娅邂逅了名为塞巴斯汀（瑞恩·高斯林 Ryan Gosling 饰）的男子，起初两人之间产生了小小的矛盾，但很快，米娅便被塞巴斯汀身上闪耀的才华以及他对爵士乐的纯粹追求所吸引，最终两人走到了一起。
在塞巴斯汀的鼓励下，米娅辞掉了咖啡厅的工作，专心为自己写起了剧本，与此同时，塞巴斯汀为了获得一份稳定的收入，加入了一支流行爵士乐队，开始演奏自己并不喜欢的现代爵士乐，没想到一炮而红。随着时间的推移，努力追求梦想的两人，彼此之间的距离却越来越远，在理想和感情之间，他们必须做出选择。