En 1799, l'inspecteur new-yorkais Ichabod Crane, un homme rationnel aux méthodes scientifiques d'avant-garde, est envoyé enquêter dans le village de Sleepy Hollow, où les corps du riche bourgeois Peter Van Garrett, de son fils et de la veuve Winship ont été retrouvés décapités, la tête ayant disparue. Crane rencontre à son arrivée les notables du village, Baltus Van Tassel, le révérend Steenwick, le juge Philipse, le docteur Lancaster et le notaire Hardenbrook, qui lui apprennent que le responsable de ces crimes serait le cavalier sans tête, un cruel mercenaire hessois mort pendant la guerre d'indépendance des États-Unis et qui serait revenu des enfers dans le but de faucher des têtes.

Crane reste sceptique devant cette histoire de revenants et commence à mener son enquête au moment où un quatrième meurtre est commis. Le fils de la victime, le jeune Masbath, un adolescent désormais orphelin, se met au service de Crane. Ce dernier fait également la connaissance de Katrina Van Tassel, la fille de Baltus, et commence à nouer des liens avec elle, au grand dam de Brom Van Brunt, soupirant de la jeune femme, qui se fait passer pour le cavalier afin d'effrayer Crane. Le juge Philipse est ensuite à son tour décapité par le cavalier sans tête sous les yeux de Crane, à qui il s'apprêtait à faire des révélations. L'inspecteur, accompagné du jeune Masbath et de Katrina, se rend alors à « l'arbre des morts », censé être la tombe du cavalier ainsi qu'un point de passage vers les enfers, et y découvre les têtes de ses victimes. Il s'aperçoit également que la tête du cavalier a disparu et en conclut que celui-ci fauche des têtes en représailles. La nuit suivante, le cavalier tue le villageois Killian et sa famille, ainsi que Van Brunt, qui avait tenté de l'arrêter.

Crane découvre au cours de ses recherches que Van Garrett s'était marié en secret avec la veuve Winship et lui avait légué sa fortune, et il soupçonne alors Baltus Van Tassel, le suivant sur la liste des héritiers, d'être celui qui a invoqué le cavalier. Suite au suicide d'Hardenbrook, la population de Sleepy Hollow tient une réunion d'urgence dans l'église au moment où le cavalier fait sa réapparition. Baltus voit le cavalier foncer sur son épouse l'épée levée et se réfugie dans l'église, où le revenant ne peut pénétrer. Mais les notables se disputent entre eux et Steenwick tue Lancaster avant d'être lui-même abattu par Baltus. Ce dernier est ensuite entraîné hors de l'église par le cavalier, qui le décapite. Crane, qui sait que Katrina s'intéresse à la sorcellerie, est désormais convaincu que la jeune femme est l'instigatrice des meurtres.

Le cœur meurtri, l'inspecteur décide de quitter Sleepy Hollow mais se rend alors compte que le supposé cadavre de Lady Van Tassel n'est en fait pas le sien. La belle-mère de Katrina se révèle être celle qui a invoqué le cavalier, à qui elle commande de tuer Katrina, dernière personne à se dresser entre elle et l'héritage. Le cavalier poursuit avec acharnement Katrina, Crane et Masbath, jusqu'à ce que l'inspecteur parvienne à arracher son crâne des mains de Lady Van Tassel et le lui restitue. Le cavalier regagne alors les enfers en emportant avec lui Lady Van Tassel. Crane rentre ensuite à New York en compagnie de Katrina et du jeune Masbath.

Source: WikiPedia FR