New York, 1799. Ichabod Crane è un giovane agente di polizia che è solito fare uso di metodi investigativi scientifici decisamente insoliti per l'epoca. I suoi superiori decidono di mandarlo nello sperduto villaggio di Sleepy Hollow ad investigare su tre efferati omicidi, nei quali le teste delle vittime sono state rimosse. Arrivato nel villaggio i notabili (i cittadini anziani: il magistrato Philipse, il reverendo Steenwyck, il notaio Hardenbrook, il dottor Lancaster e il possidente Baltus Van Tassel) gli spiegano che il primo ed unico sospettato è il "cavaliere senza testa", un mercenario dell'Assia ucciso anni prima nel bosco vicino, decapitato prima della sepoltura, tornato per vendicarsi.
Crane non crede a tali voci e inizia ad interrogare gli abitanti del villaggio alla ricerca di un colpevole in carne ed ossa. Ben presto, però, si ricrede, dato che il magistrato Philipps viene ucciso in sua presenza da un cavaliere senza testa. Di seguito vengono uccisi: Brom, lo stalliere, sua moglie e suo figlio, il notaio (che si suicida), il dottore (che viene però ucciso dal reverendo durante una lite), il reverendo (ucciso da Baltus Van Tassel), lo stesso Baltus Van Tassel, la servetta Sarah e la sorella di Lady Van Tassel (uccisa da Lady Van Tassel).
Grazie all'aiuto del giovane Masbath, figlio di una delle vittime, e della giovane Katrina, figlia del suo ospite, Crane riuscirà a scoprire che il responsabile degli omicidi è una persona in carne ed ossa in grado di "commissionare" allo spettro i vari delitti.