'Longlegs' følger den unge og talentfuld FBI-agent Lee Harker, der bliver sat på den uløste sag om en seriemorder på fri fod. Efterhånden som sagen foldes ud, kommer agenten bl.a. også på sporet af det okkulte, mens hun finder en personlig forbindelse med den nådesløse seriemorder, der skal stoppes, før han kaster sig morderisk over en ny og uskyldig familie.