Afin de s'emparer d'un héritage qui doit revenir à deux orphelines, le beau-père de celles-ci tue la cadette et accuse l'aînée, Baby Doll, qu'il fait passer pour folle et enfermer dans un asile où elle doit subir une lobotomie dans cinq jours. Terrifiée, Baby Doll se réfugie dans un monde fantasmé et s'invente un pouvoir extraordinaire: à chaque fois qu'elle danse, ses spectateurs sont hypnotisés. Elle profite de ces courts répits pour visiter des univers parallèles où, avec quatre autres prisonnières, elle doit rassembler des objets qui leur permettront de fuir définitivement l'asile.