Le film prend la forme d’un found footage tourné par trois étudiant·es en cinéma. Dans le cadre d’un projet de documentaire, iels enquêtent sur le mythe de la sorcière de Blair qui hanterait une forêt du Maryland au sein de laquelle plusieurs enfants ont disparu au fil des décennies. Les cinéastes interviewent des habitants de la ville jouxtant la forêt et arpentent les bois redoutés, où iels finissent par se perdre. Des phénomènes inexpliqués commencent à survenir et à s’accumuler, laissant croire que la sorcière de Blair existe véritablement et qu’elle s’attaque aux protagonistes, qui se laissent aller à la panique.
Un site Web, un faux documentaire et d’autres sources mensongères accompagnèrent la sortie du film pour développer davantage l’univers diégétique de Blair Witch Project et l’entourer d’une aura de véracité.