Em um elegante prédio de Nova Iorque, os recém-casados Rosemary e Guy Woodhouse encontram o apartamento perfeito para começar sua vida a dois. Apesar do passado sombrio do local - onde ocorreu um crime terrível -, Rosemary se dedica a transformar o espaço em um lar acolhedor. A aparente sorte do casal parece confirmada quando Guy, um ator em ascensão, consegue um papel de destaque após um acidente inesperado com o ator titular. Os vizinhos Minnie e Roman Castevet, inicialmente excêntricos mas solícitos, tornam-se presenças constantes, oferecendo apoio e conselhos.

A atmosfera idílica começa a se desfazer quando Rosemary tem um pesadelo aterrorizante, uma experiência vívida que mistura realidade e delírio, na qual se vê possuída por uma entidade demoníaca. Logo depois, ela descobre que está grávida, uma notícia que deveria ser motivo de alegria, mas que se transforma em fonte de ansiedade crescente. Sob os cuidados da vizinha Minnie e do médico recomendado por ela, Dr. Sapirstein, Rosemary é submetida a um tratamento com vitaminas especiais que a deixam constantemente exausta e desconectada da própria gravidez.

À medida que a gestação avança, Rosemary percebe que está sendo isolada de amigos e familiares, enquanto Guy se torna cada vez mais distante e alinhado com os Castevet. Pequenos detalhes começam a não fazer sentido: o cheiro estranho que emana do apartamento dos vizinhos, as conversas suspeitas que ela ouve sem querer, a obsessão de Roman por ocultismo. A suspeita de que algo muito errado está acontecendo toma conta de Rosemary, que se vê sozinha em sua desconfiança, rotulada como paranóica por todos ao seu redor.

Em uma corrida contra o tempo, Rosemary precisa descobrir a verdade sobre a conspiração que a cerca antes que seja tarde demais. Sua investigação a leva a desvendar segredos antigos sobre o prédio onde mora e sobre a verdadeira natureza dos Castevet. A jovem grávida se vê no centro de um plano sinistro que envolve magia negra, pactos demoníacos e