O famoso ilusionista Eisenheim (Edward Norton) assombra as platéias de Viena com seu impressionante espetáculo de mágica. Suas apresentações despertam a curiosidade de um dos mais poderosos e céticos homens da Europa, o Príncipe Leopold (Rufus Sewell). Certo de que as mágicas não passam de fraudes, Leopold vai ao show de Eisenheim disposto a desmascará-lo. Quando Sophie (Jessica Biel), noiva de Leopold, é chamada ao palco para participar de um número, ela reconhece em Eisenheim uma paixão juvenil. Eles iniciam um romance clandestino e o príncipe delega a um inspetor de polícia (Paul Giamatti) a missão de expôr a verdade por trás do trabalho do mágico. Este, no entanto, prepara-se para executar a maior de suas ilusões.