20 Jahre nachdem sie sich von ihm getrennt hat, erhält die Galeristin Susan plötzlich ein Paket von ihrem Ex-Mann Edward Sheffield. Der Schriftsteller bittet sie, sein Manuskript mit dem Titel "Nocturnal Animals" zu lesen. Es handelt von dem Mathematikprofessor Tony Hastings, dessen Urlaubsreise mit Frau und Tochter zu einem blutigen Albtraum wird. Die Geschichte vermischt sich immer mehr mit Susans persönlichen Erfahrungen und zwingt sie, sich mit ihrer Vergangenheit auseinanderzusetzen.