La película comienza con los demonólogos ​​Lorraine (Vera Farmiga) y Ed Warren (Patrick Wilson) investigando la casa de Amityville. Lorraine entra en un trance donde es testigo del asesinato de Ronald DeFeo a su familia en la casa. Los fantasmas de la familia DeFeo luego llevan el espíritu de Lorraine al sótano donde se encuentra con una monja poseída.

La monja demoníaca le muestra a Lorraine una visión de Ed siendo asesinado. Esta es la misma visión que Lorraine tuvo durante un exorcismo anterior (detallado en la primera película). Molesta por la visión (y después de que su credibilidad fue atacada en un programa de televisión), Lorraine le dice a Ed que ya no quiere seguir con este trabajo.

Mientras tanto, en el distrito de Enfield en Londres, Inglaterra, una madre soltera llamada Peggy Hodgson (Frances O'Connor) vive con sus hijos Margaret, Janet (Madison Wolfe), Johnny y Billy.

La familia es atacada por el violento fantasma de un anciano llamado Bill Wilkins que murió en la casa donde viven. El fantasma muerde a Janet y finalmente logra poseer y hablar a través de ella en varias ocasiones. La familia se muda a la casa de sus vecinos, donde son atacados por un fantasma llamado Crooked Man (que también posee a Janet), que es un personaje de uno de los juguetes de Billy.

En casa, tanto Ed como su hija ven visiones de la monja demoníaca. Lorraine también tiene un encuentro violento con ella.

Más tarde, un sacerdote visita y le pide a los Warrens que investiguen un caso en Enfield. Lorraine acepta ir con la condición de que si se confirma la posesión, la Iglesia llevará a cabo un exorcismo real. Los Warrens se mudan temporalmente con la familia Hodgson.

Lorraine no percibe ningún espíritu en la casa. Sin embargo, Ed graba algunas conversaciones con "Bill Wilkins". Trabajan con varios espiritistas locales, la mitad de los cuales piensan que el caso es un engaño.

Un día, Ed encuentra un aparato dental con los dientes que coinciden con la marca de mordisco encontrada en Janet. El engaño se desvela por completo cuando una de las espiritistas locales graba en video a Janet, destruyendo una habitación y falsificando pruebas de una presencia espiritual que luego atribuyó a Bill.

Con el engaño expuesto, los Warrens y otros espiritistas se van. Sin embargo, después, Janet le dice a su madre que el fantasma le dijo que falsificara las pruebas para que se fueran.

Mientras esperan el tren hacia el aeropuerto, Ed escucha las grabaciones. Consigue escuchar que el fantasma quiere abandonar la casa pero está atrapado. Al escuchar esto, Lorraine tiene una visión y se da cuenta de que la monja ha esclavizado al fantasma de Bill Wilkins y el Hombre Torcido y los ha usado como un medio para proteger su propia presencia. Vuelven a casa de los Hodgson.

Cuando los Warrens llegan, Janet está completamente poseída y ha dejado a su familia fuera de la casa. Ed es el único dentro. Un rayo cae en un árbol fuera de la casa y provoca que del árbol caiga en una estaca gigante (la misma estaca de las visiones de Lorraine de la muerte de Ed).

Lorraine intenta descubrir el nombre de la monja, ya que saber el nombre de un demonio es la única forma de obtener poder sobre él. Finalmente, se da cuenta de las letras que escribió en su biblia durante su enfrentamiento y deletrea el nombre del demonio, Valak. Luego se las arregla para entrar en la casa.

Mientras tanto, Ed está arriba buscando a Janet. La encuentra parada en el alféizar de la ventana a punto de saltar.

Janet salta y Ed solo logra cogerla de un brazo mientras sostiene las cortinas de la ventana con su otro brazo. La cortina comienza a rasgarse.

Lorraine irrumpe en la habitación y se enfrenta a Valak. Ella es capaz de desterrar a Valak de vuelta al Infierno (usando su nombre) y evitar que Ed y Janet caigan justo antes de que la cortina se desgarre por completo.

Janet le da las gracias a los Warrens por creerla y salvarla.

La película termina cuando Ed coloca el juguete de el Hombre Torcido (Crooked Man) en su colección junto con Annabelle y la caja de música de la primera película.