Une organisation obscure utilise des humains dont l'esprit a été effacé, connus techniquement sous le nom d'« actifs » et familièrement sous le nom de « poupées », qui sont imprimés avec de faux souvenirs et des compétences spécialisées pour diverses tâches au nom de clients payants.
Quand ils ne sont pas en mission, ils vivent dans un « Dollhouse » souterrain, une installation qui protège et répond à leurs besoins, y compris la nourriture, l'exercice et des capsules de sommeil à peine plus grandes que des cercueils.
Une des poupées, une jeune femme appelée Echo par ses manipulateurs, commence lentement à prendre conscience d'elle-même et de ce qui se passe.
Pendant ce temps, au moins deux personnes différentes à l'extérieur tentent de faire tomber le Dollhouse, l'une en trouvant Echo et l'autre en l'utilisant.