Narra la historia de una joven que enferma desesperada e inexplicablemente. Emily Rose sufre visiones aterradoras y soporta atroces convulsiones que le dejan el cuerpo deformado y débil. Un neurólogo le diagnostica epilepsia; sin embargo, la medicación que le receta resulta ser ineficaz. Los síntomas que padece empeoran y un segundo diagnóstico, realizado por un psicólogo, afirma que Emily no sólo es epiléptica, sino también psicótica.

Cuando su sufrimiento deviene insoportable y los tratamientos médicos no logran aliviarla, Emily pide ayuda al cura de su parroquia. Tras una larga y profunda meditación, el Padre Moore acepta realizar un exorcismo, algo que nunca ha hecho. Emily y el Padre Moore depositan toda su confianza en su religión, que ofrece una interpretación de la enfermedad de Emily: los demonios se han apoderado su mente y su cuerpo y son la causa de su implacable tormento.

A pesar de los heroicos esfuerzos del Padre Moore, Emily muere durante el exorcismo y, como consecuencia de esto, acusan al sacerdote de homicidio negligente por no conseguir asistencia médica. El juicio consiguiente enfrenta razón y ciencia con creencias espirituales y fe, y nos remonta al pasado a través de lo que le acontece a Emily durante la degeneración vertiginosa de su enfermedad, al tiempo que nos ofrece las interpretaciones de las dos partes en desacuerdo.

Argumento
La iglesia católica, adoptando una decisión sin precedentes, reconoció oficialmente la posesión demoníaca de una estudiante de diecinueve años que acababa de ingresar en la universidad. Mediante aterradores flashbacks, El exorcismo de Emily Rose narra el inolvidable juicio del sacerdote acusado de negligencia a consecuencia de la muerte de la joven que se creía poseída por el diablo. Inspirada en hechos reales, la película está protagonizada por Laura Linney en el papel de Erin Bruner, la abogada que se encarga de la defensa del padre Richard Moore (Tom Wilkinson), el sacerdote que llevó a cabo el controvertido exorcismo.

Emily Rose (Jennifer Carpenter) deja el protegido ambiente de su hogar rural para ir a la universidad sin la menor sospecha de lo que le espera. Una noche, sola en su dormitorio, sufre la primera "alucinación" y pérdida de conocimiento aterradoras.

Puesto que los ataques son cada vez más frecuentes e intensos, Emily, católica devota, decide someterse a un exorcismo dirigido por el cura de su parroquia, el padre Richard Moore. Al morir la joven durante el aterrador exorcismo, acusan al sacerdote de homicidio negligente.

Erin Bruner, una sobresaliente abogada defensora, acepta de mala gana representar al Padre Moore a cambio de la seguridad de un contrato de sociedad con su bufete de abogados. A medida que el juicio avanza, el cinismo y ateísmo de Erin se tambalean debido a la fe inquebrantable del Padre Moore y a los hechos, espeluznantes e inexplicables, que rodean el caso.