In dem futuristischen Freizeitpark Westworld lassen der brillante Erfinder Dr. Robert Ford (Anthony Hopkins) und sein Team die Träume ihrer wohlhabenden Besucher wahrwerden: In einer täuschend echten Wildwest-Umgebung können sie sich nach Lust und Laune austoben und dabei gar ihrer Mord- und Sexlust freien Lauf lassen, schließlich wird der Park lediglich von künstlichen Lebensformen bevölkert. Eines Tages fangen einige von ihnen – allen voran die Farmertochter Dolores (Evan Rachel Wood) – jedoch an, ein Bewusstsein zu entwickeln und so allmählich zu realisieren, was die Menschen mit ihnen anstellen. Derweil versucht der mysteriöse Mann in Schwarz (Ed Harris), ein langjähriger Stammgast von Westworld, hinter das letzte dunkle Geheimnis des Parks zu kommen.