В жаркий июльский день 1969 года на пустынной окраине Вальехо раздаются выстрелы, оборвавшие жизнь молодой пары. Это первое заявление о себе таинственного злодея, который вскоре начнёт держать в страхе всю Северную Калифорнию. Месяц спустя редакции газет получают странные послания, наполненные шифрами и угрозами. Автор, именующий себя Зодиаком, требует опубликовать на первых полосах расшифрованное письмо, в котором скрыта его личность, иначе он убьёт двенадцать невинных людей. К расследованию, помимо растерянной полиции, неофициально подключаются два очень разных человека из редакции «San Francisco Chronicle»: уставший от сенсаций, но азартный репортёр Пол Эйвери и тихий, одержимый головоломками карикатурист Роберт Грейсмит.
Пока власти пытаются разгадать первый шифр, Зодиак наносит новый, ещё более дерзкий удар, доказывая, что его угрозы — не пустой звук. Каждое новое письмо убийцы — это издевательская игра с полицией и прессой, сложная головоломка, за которой может стоять ключ к его поимке. Эйвери, ищущий громкую статью, и Грейсмит, увидевший в криптограммах смертельно опасный пазл, оказываются втянуты в изматывающую интеллектуальную дуэль с невидимым противником. Их настойчивость оборачивается мишенью на их же спинах, ведь Зодиак внимательно следит за публикациями и начинает вести свою игру уже непосредственно с ними.