De jaren ´50. Baby Doll (Emily Browning) wordt door haar kwaadaardige stiefvader tegen haar wil opgesloten in een psychiatrische inrichting, maar is vastberaden om te vechten voor haar vrijheid.
Zijn plan is om binnen vijf dagen lobotomie op haar toe te passen. Door de trauma´s die ze er oploopt creëert ze haar eigen wereld waarin alles mogelijk is.
Ze raakt geïnspireerd door dat wat er zich afspeelt en beraamt een plan om te ontsnappen.
Ze haalt vier medepatiënten over om te ontsnappen aan hun verschrikkelijke lot.