La historia comienza cuando el padre Hegan se pone en contacto con Ed y Lorraine Warren, investigadores de fenómenos paranormales, y les informa de que las dueñas de la muñeca se pueden comunicar con ella y creen que se trata de la manifestación de un espíritu. Aunque al principio parecía un juego inocente, se convirtió en un ataque físico y psicológico que nunca olvidarían.
En un principio no le dieron más importancia, pero con el tiempo, la dejaban en posiciones determinadas a propósito para después comprobar que estaba en otra diferente: cruzaban sus brazos y, al llegar a casa, estos estaban rectos, la dejaban tumbada y aparecía sentada en otra habitación, incluso llegó a aparecer arrodillada sobre una silla, a pesar de que era imposible que mantuviese el equilibrio en esa posición al colocarla así.
Empezaron a aparecer notas escritas con letra infantil en las que se leía Ayúdanos o Ayuda a Lou, a lápiz, y en un papel que ellas no reconocían, concretamente de pergamino. Las chicas temían que alguien se estuviese colando en su apartamento para asustarlas, así que ponían marcas en las puertas y objetos colocados en una determinada posición para ver si alguien entraba.
Los sucesos iban a más: una tarde, al entrar en casa, encontraron el pecho y la mano de Annabelle cubiertos de sangre, aparecían envoltorios de caramelos en la casa, una figura se elevó sola y cayó contra el suelo.... Todo se volvió escalofriante, y decidieron entrar en contacto con una medium que les dijo que una niña de 7 años llamada Annabelle Higgins había muerto hacía tiempo allí, que quería entablar contacto con personas jóvenes, y por eso había empezado a mover la muñeca.
Donna y Angie pensaban que se trataba de algo inofensivo, así que "permitieron" vivir al espíritu en la muñeca. Y así fue como la muñeca quedó poseída.
Pero Lou, el prometido de Angie, creía que la muñeca tenía propósitos oscuros. Decía que tenía pesadillas a menudo con ella, y que en cierta ocasión en la que estaba dormido, sintió un peso ligero en los pies de la cama. Al moverse, descubrió a la muñeca con las manos en su cuello tratando de ahogarlo. En otra ocasión, Angie y Lou se encontraban revisando los detalles de un viaje cuando escucharon un ruido muy fuerte en la habitación de Donna. Al ir a comprobar qué había pasado, encontraron a la muñeca tirada en un rincón. Lou fue a cogerla, y sintió que había alguien detrás de él. Al girarse, gritó de dolor, y Angie pudo comprobar que Lou tenía sangre en el pecho, producida por 7 rasguños, que desaparecieron a los dos días sin dejar marca. Entonces, decidieron contactar con el sacerdote.
Los Warren llegaron a la conclusión de que habían permitido la entrada a un demonio que se aprovechó de ellas, y que con el tiempo las cosas se volverían más violentas. El padre Cooke realizó un exorcismo, pero aún así, las chicas pidieron que se llevasen a la muñeca de su casa.
Ed la metió en el maletero de su coche, y durante todo el trayecto, pudo sentir una energía muy pesada, sobre todo en las curvas peligrosas en las que el coche parecía no responder. La rociaron con agua bendita para "diluir" la presencia hasta su casa. Los días siguientes la muñeca permaneció sin moverse en una silla, pero poco a poco la actividad comenzó de nuevo: levitación, temblores, cambios de posición y lugar... Un gato negro comenzó a aparecerse junto a la muñeca. Rondaba algunos objetos que había en la casa, volvía junto a ella y desaparecía.
Algunas personas que visitaron a los Warren pudieron ver cómo se movía Annabelle, y como en las fotografías una serie de luces parecían envolverla...
