Фильм — романтическая любовная история, в которую вплетены элементы мистики и магии. Картина начинается эпизодом из середины фильма (инспектор Уль приходит с докладом к кронпринцу; по сути своей рассказ в рассказе), которая затем сменяется рассказом об иллюзионисте по фамилии Абрамовиц, которого сыграл Эдвард Нортон, и о его прошлом. Он был сыном краснодеревщика, делавшего мебель для аристократов. Легенда о нём гласит, что однажды он встретил на дороге волшебника, который показал ему несколько фокусов, тронул за плечо и исчез вместе с деревом, под которым сидел. Но никто не знает, что тогда произошло на самом деле.

Ещё в детстве иллюзионист познакомился с герцогиней фон Тешин, вскоре они стали очень близки, а дружба их переросла в любовь. Софи, герцогиня, тайком встречается с ним, несмотря на запреты её семьи, вместе они мечтают уехать путешествовать. Последняя их встреча была прервана: Софи и молодой иллюзионист были насильно разлучены.

После этого Эдуард Абрамовиц уезжает и долгое время путешествует по миру: он был в Праге, различных странах Азии… Возвращается в Вену он уже взрослым человеком, взяв себе артистический псевдоним Айзенхайм. Он быстро завоевывает публику своими выступлениями. И вскоре на его представление приезжает сам принц Леопольд со своей невестой — той самой Софи, с которой Айзенхайм провел юность.

Преодолевая все преграды на пути в попытке снова быть вместе, Айзенхайм показывает свой главный фокус, раскрыть который удается лишь старшему инспектору Вальтеру Улю. Софи исчезает, кронпринц кончает жизнь самоубийством, Абрамовиц скрывается от полиции.

Eduardo Abramovich regresa a Viena convertido en Eisenheim, un talentoso ilusionista. Durante una actuación se reencuentra con su amor de la infancia la ahora duquesa Sophie von Teschen quien está comprometida con el príncipe heredero Leopold.

Después de la actuación de Eisenheim, Leopold se obsesiona con desenmascarar al ilusionista que él considera como un farsante. Más tarde le ordena al jefe de la policía, el inspector Walter Uhl que investigue a Eisenheim, pues sospecha que puede estar teniendo un romance con su prometida la duquesa Sophie.

Por otra parte, Eisenheim y Sophie están confusos por sus sentimientos pues ella está comprometida, pero finalmente ambos sucumben a su amor. Eisenheim le propone entonces a Sophie huir de su compromiso, pero ella rechaza la oferta y le cuenta el plan del príncipe para derrocar a su padre.

Uhl descubre el romance de Eisenheim y Sophie y se lo comunica al príncipe. Esa noche, Leopold se enfrenta a Sophie y la acusa de ser infiel. Ella le dice que no va a casarse ni a tener algo que ver con sus planes. Al salir, el enfurecido Leopold es visto sacando su espada y persiguiéndola a los establos. Al día siguiente, el caballo de Sophie vuelve a Viena cubierto de sangre y sin su jinete. En cuestión de horas, un grupo de búsqueda encuentra a Sophie muerta en el bosque de Viena con una estocada en el cuello. Enfurecido, Eisenheim le dice a Uhl que Sophie estaba a punto de abandonar al príncipe y que por eso él la mató. Uhl se niega a creerlo. Eisenheim, entonces se hunde en la desesperación y los ciudadanos de Viena comienzan a sospechar de Leopold sobre el asesinato de Sophie. Uhl observa las acciones de Eisenheim más estrechamente en nombre de Leopold.

Atormentado por el dolor, Eisenheim prepara un nuevo tipo de espectáculo de magia, usando un equipo misterioso y chinos tramoyistas. Durante su espectáculo, Eisenheim aparentemente convoca espíritus, lo que lleva a muchos a creer que posee poderes sobrenaturales. Leopold decide asistir a uno de los espectáculos de Eisenheim de incógnito. Durante este espectáculo, Eisenheim convoca al espíritu de Sophie, que dice que alguien en el teatro la asesinó. Presa del pánico, Uhl da orden de arrestar a Eisenheim por fraude. Eisenheim le explica a los ciudadanos que estaban fuera que él no posee poderes sobrenaturales, para que así Uhl pueda dejarle libre por el supuesto fraude. Antes de irse, Eisenheim le dice a Uhl que disfrutará de la próxima actuación. Y es durante esa actuación que Eisenheim escapa del arresto desvaneciéndose en el escenario.

Luego de informárselo al príncipe, Uhl le explica que ha encontrado pruebas de que Sophie fue asesinada por él en los establos y que le envió una carta a su padre el rey contándole el asesinato de Sophie y sobre su plan para derrocarlo. Viendo al ejército austro-húngaro acercarse, Leopold amenaza con matar a Uhl, pero acaba quitándose la vida.

Al salir del Palacio Imperial, a Uhl se le acerca un chico que había aparecido como un fantasma en el espectáculo de Eisenheim y le entrega un papel explicando uno de los trucos de magia de Eisenheim. Uhl exige saber donde obtuvo el folio y el niño revela que Eisenheim se lo había dado. Uhl se da cuenta de que le han robado el medallón de Sophie mientras hablaba con el muchacho. Reconociendo a Eisenheim disfrazado, Uhl lo sigue hasta la estación de trenes. Es entonces cuando, un asombrado Uhl, une todas las piezas y se da cuenta de cómo Eisenheim logró fingir la muerte de Sophie y culpar a Leopold del asesinato. Eisenheim es entonces visto caminando hasta una casa en el campo, donde se reúne con Sophie y se abrazan apasionadamente.

«Todo lo que han visto es una ilusión, un truco».