Dans les années 50, une jeune fille surnommée Babydoll est envoyée dans un hôpital psychiatrique, par son beau-père, à la suite du meurtre de sa petite sœur, qu'elle essayait en réalité de sauver de ce dernier. Son beau-père s'arrange avec l'un des infirmiers, Blue Jones, afin qu'elle subisse une lobotomie dans les prochains jours pour qu'elle ne puisse plus témoigner contre lui. Rapidement, Babydoll commence à imaginer qu'elle est prisonnière d'une maison close, plutôt que d'un hôpital, et qu'elle doit s'échapper avant d'être confiée à son premier client, métaphore de la lobotomie. Dans ce monde, les patientes sont toutes des danseuses, entraînées par Vera Gorski, sa thérapeute donner les plus beaux spectacles afin d'attirer et de faire dépenser les clients de Blue Jones, dans ce cabaret. Elle se rapproche de quatre autres danseuses : Sweet Pea et sa sœur Rocket, Blondie et Amber. Avec les filles, elles décident de trouver un moyen de fuir le cabaret en collectant des objets qui les aideront dans leur fuite. Lors de la collecte de ces objets, Babydoll entre mentalement dans des mondes fantastiques imaginaires dans lesquels elle et les filles sont de puissantes guerrières. Il s'agit de parallèles aux événements qui se passent dans le cabaret, et par conséquent, également dans la réalité à l'hôpital.