Sucker Punch vertelt het verhaal van het 20-jarige meisje Baby Doll, dat door haar gewelddadige stiefvader in een gekkenhuis gestopt wordt. Maar natuurlijk is ze niet echt gek: de stiefvader wil alleen maar van haar af zodat hij de erfenis van haar overleden moeder kan innen. De inrichting is een donker en smerig hol, waar Baby Doll en haar (enkel vrouwelijke) lotgenoten aan het werk gezet worden. Voor ongehoorzaamheid is er een simpele oplossing: een lobotomie, zoals die in de eerste helft van de vorige eeuw uitgevoerd werden. De Dokter knalt met een hamer een metalen pin de hersenpan in en de rusteloze meisjes zijn in één klap de rust zelve. Om te ontsnappen aan deze nare werkelijkheid creëert Baby Doll een fantasiewereld, waarin het gesticht een chique nachtclub wordt.

Gek genoeg is deze fantasiewereld nauwelijks aangenamer dan de realiteit. Baby Doll en haar vriendinnetjes zitten opgesloten in de nachtclub, waar eigenaar Blue Jones de dames als seksueel vermaak aanbiedt aan zijn rijke klanten en zakenpartners. Al snel blijken de erotische danspasjes van Baby Doll een hypnotiserende uitwerking te hebben op haar mannelijke publiek, en de meisjes zien hun kans schoon. Terwijl Baby Doll haar toeschouwers het hoofd op hol brengt, bereiden haar collega's een ontsnappingspoging voor. Maar voor Snyder kan de verbeelding niet op: tijdens haar dansroutines ontsnapt Baby Doll naar nóg een fantasiewereld. Daar beleeft ze haar verleidingsdansjes als paramilitaire operaties.