Im Viktorianischen England des Jahres 1891 tritt die geheimnisvolle Vannesa Ives (Eva Green) an den amerikanischen Scharfschützen Ethan Chandler (Josh Hartnett) heran, damit dieser ihr bei der Suche nach der kürzlich entführten Mina Harker (Olivia Llewellyn), Tochter des wohlhabenden Sir Malcolm Murray (Timothy Dalton) und Vanessas Freundin aus Kindertagen, hilft. Die gefährlichen Untersuchungen führen das ungleiche Gespann quer durchs nächtliche London, wo es nicht nur die Wege von Vampiren und Monstern kreuzt, sondern auch Bekanntschaft mit illustren Persönlichkeiten wie Dorian Gray (Reeve Carney), Victor Frankenstein (Harry Treadaway) und Abraham Van Helsing (David Warner) macht.
Die treibenden Kräfte hinter "Penny Dreadful" sind John Logan und Sam Mendes, Autor und Regisseur von "Skyfall".