《医院惊魂》讲述了一个叫小雪的女子因纵火被送往精神病院治疗的故事。
小雪的疯狂反抗导致两名巡警费了很大的力气才将她制服并送往医院。然而，小雪并没有被关进警局，而是被送往了精神病院。尽管药效尚未消退，但小雪在病房里昏睡，身上的毯子却被不明物体拉到了地上。
第二天早上，杨教授查房时发现小雪的毯子不见了，便询问昨晚是否有人进入病房。护士表示病房门一直锁着，不可能有人进入。杨教授决定对小雪进行精神评估，但小雪似乎什么都不记得。警方在她手上发现的神秘号码和她为什么放火烧那座房子的记忆也完全消失了。因此，评估只能暂时中止。
回到病房后，小雪准备洗澡放松一下。但她一直说自己看到了可怕的东西，护士并没有相信她，反而给她注射了镇定剂。接着，小雪被送到了13号室进行电击治疗，试图让她恢复正常。被电击后，小雪昏睡了很久，但接下来的几天她表现得很温顺，积极参加杨教授的座谈。其他病友都不敢正眼看杨教授，因为她们都被治疗过。
有一天，病友眼镜妹宣布自己即将出院，杨教授为她进行了最后一次评估。小雪问眼镜妹如何通过评估，眼镜妹告诉她自己已经痊愈了。然而，当助手打开办公室时，却发现座椅上空无一人。杨教授走过来发现眼镜妹不见了，他命令助手去找她。
被催眠的眼镜妹醒来时发现自己被绑在轮椅上，她大声呼救。然而，一切都晚了。眼镜妹不幸遇难，小雪焦急地等待着眼镜妹的消息。其他病友则认为眼镜妹已经回家了，但小雪知道事情并不简单。她到眼镜妹的病房查看，发现行李还在，于是她拦住护士询问眼镜妹的下落。护士冷漠地一言不发。
小雪和德妹晚上溜出病房，打算寻找眼镜妹的下落。他们来到了地下室，发现一个房间，打开后发现里面是太平间。在这里，除了停车柜，没有任何一个人。德妹在旁边找到了两把手术刀。两人不知所措，不知道下一步该怎么做。突然，有人走了进来，德妹急忙躲在桌子下面。小雪打开旁边的一个门，藏了进去。幸运的是，这个人并没有发现什么异样。小雪听到了他们离开的声音，于是悄悄地打开了门。在这里，刘德华的一个柜子响了起来，似乎有人想出来。小雪以为是德妹，喊了一声，柜子停止了摇动。小雪壮着胆子上前打开了柜门，发现里面没有人。但是，当她回到接待大厅时，还是没有看到人。这时，有人喊她的名字，她回头一看，却没有看到任何人。当她从昏迷中醒来时，她发现自己已经被送回了病房。当她遇到德妹时，小雪才知道，德妹因为害怕，已经先跑了。所以，后面发生的事情，她完全不知道。另一个病友小丽斥责她们，不应该晚上偷跑出去。德妹则骂她没有人性是冷血动物。小丽认为德妹是嫉妒她的美貌，并安慰自己。她还照了照镜子。
小丽在旁边的房子里躲了起来。德妹看电视的声音很大，小雪以为自己是听错了。当她再次醒来时，发现自己已经被绑在了操作台上。她拼命地求饶，希望这个怪物能放了她，但怪物不为所动。她给她戴上了导电的头箍，然后就这样领了盒饭。小雪发现病友们一个接一个地神秘失踪，而剩下的德妹和马尾妹子则一副有事瞒着她的样子。这时，她从马尾妹抱的兔子身上发现了一个名字。她问马尾妹安红是谁？怪物和她是否有关？马尾妹说出了真相。原来安红以前也是这里的病人，大家都孤立她欺负她。一天，他们威胁马尾妹，让她告诉安红，她丢失的兔子找到了在某个人的房间。安红找过去的时候，中了他们的圈套。德妹和她的朋友们扑上去捂住她，然后捂死了她。现在，安红变成了厉瑰，找他们血债来了。德妹辩解说安红是罪有应得。说完，她就跑了出去。小雪安慰马尾妹子说会救她出去。
等她们找到德妹时，德妹正准备了结自己。她被吓得情绪失控濒临崩溃。小雪本来想安抚她的情绪，没想到怪物再次出现。德妹就这样上了西天。小雪拉着仅剩的马尾妹接着逃跑，在医护人员的围追堵截下，她们找到了一个传菜电梯。小雪让马尾妹先走。
等了好一会儿，电梯才返回。小雪上电梯时差点被护士抓到。当她从电梯出来时，地上有很多血迹。她顺着血迹来到了杨教授的办公室。在杨教授的笔记本上，写着安红患有多重人格障碍，分裂出了德妹、小雪、小丽等多种人格。
小雪正在看的时候，杨教授走了过来。她逼问杨教授到底怎么回事。没想到杨教授开口告诉小雪，她就是安红。在杨教授的叙述下，小雪慢慢恢复了一些记忆。原来小雪少女时期曾遭遇绑架，被虐待了两个月，此后便患上了人格分裂症。她烧毁的那座房子，其实就是当年囚禁她的地方。小雪是最近分裂出来的人格，其他病友也全都是安红自己分裂出来的。
医生发现，通过电击疗法可以分离和消灭其他人格，而那个怪物则是她的心魔，或是电击疗法的象征。正当讨论时，怪物突然出现，掐住了小雪，两人缠斗中撞破窗户，从楼上摔了下去。