Die Kleinstadt Hemlock Grove im US-Bundesstaat Pennsylvania ist ein von Krisen gebeutelter Ort, an dem Wohlstand auf Armut trifft. Nachdem viele Einwohner mit der Schließung des örtlichen Stahlwerks ihre Jobs verloren haben, sind mittlerweile eine ominöse, von der einflussreichen Olivia Godfrey (Famke Janssen) geleitete Biotech-Firma und das städtische Krankenhaus, in dem auch Olivias Schwager Dr. Norman Godfrey (Dougray Scott) als Psychiater tätig ist, die Hauptarbeitgeber. Ein jeder in dem verschlafenen Nest scheint finstere Geheimnisse zu hüten. Als dann eines Tages auch noch ein 17-jähriges Mädchen brutal ermordet wird, erreicht die Aufregung und Anspannung unter den Einwohnern ihren vorläufigen Höhepunkt. Während Tom Sworn (Aaron Douglas), der Sheriff des Ortes, mit seinen Männern alles daran setzt, den mysteriösen Fall aufzuklären, werden die zwei, von vielen ohnehin schon skeptisch beäugten Jugendlichen Peter Rumancek (Landon Liboiron) und Roman Godfrey (Bill Skarsgård), Olivias Sohn, zu Hauptverdächtigen. Um ihre Unschuld zu beweisen, beschließen die beiden, den Mörder auf eigene Faust ausfindig zu machen...