車を運転中の日本人男性（伊勢谷友介）が突然視力を失った。日本人男性は通りがかりの男（ドン・マッケラー）に助けられてなんとか帰宅するが、普通は失明すると暗くなるはずの視界が白いと訴えている。帰ってきた妻（木村佳乃）と共に眼科に向かうも、医者（マーク・ラファロ）には原因が全く分からない。
その晩、実は車を盗んでいた通りがかりの男や、眼科の待合室にいたサングラスの女など、日本人男性の近くにいた人々が同様に視力を失っていく。朝には街中に失明した人が現れており、政府は早々に深刻な感染症と判断すると、その日の内から失明した人々を感染者として扱い、廃墟になった精神病院を隔離施設にして収容し始める。
眼科の医者も失明して隔離施設の第一病室に入ることになるが、彼の妻（ジュリアン・ムーア）は夫を心配するあまり「自分も失明した」と主張して同行し、一緒に施設へと入ってしまう。隔離施設に次々と感染者がやってくる中、医者の妻だけはいつまで経っても失明せず、失明しているフリをし続けることになる。
隔離施設での生活が始まるが、管理側の軍は非協力的で施設内には感染者しかおらず、日に日に生活環境は悪化していく。外の世界では感染が広がり続けており、施設内に入ってくる感染者は増えるばかりだった。
ある日、第三病室の王を名乗る男（ガエル・ガルシア・ベルナル）が施設に供給される食糧を独占してしまう。彼はなぜか銃を持っており、食糧が欲しければ金目の物や女性を差し出すよう他の病室に通告する。第一病室も仕方なく従って食糧を得るが、弱っていた女性が乱暴な扱いを受けて死んでしまう。激高した医者の妻は第三病室の王に忍び寄り、ハサミで彼を刺し殺す。
騒動が施設中に知れ渡った頃、第一病室の意見は反乱を起こすことで一致していた。医者の妻は目が見えることを打ち明け先導するが、第三病室が炎に包まれていることに気付いて引き返す。皆で隔離施設の外に避難すると外にいるはずの警備兵の姿がなく、人々は街を目指して歩き出した。
街は既に荒廃しており、感染者で溢れている。道中、第一病室の仲間は少しずつはぐれてしまったが、医者の妻は残った仲間と共に自宅に向かう。辿り着いた自宅で一夜を過ごす仲間達は、互いを思いやり、本音を晒しあえる仲になっていた。