Sorti d'un sommeil de près de deux siècles et demi, Ichabod Crane trouve une alliée inattendue en la personne d'Abbie Mills, lieutenant de police à Sleepy Hollow. Tous les deux ont un rôle à jouer dans les évènements qui se préparent, et une apocalypse à éviter.
L'agent du FBI Olivia Dunham intègre la mystérieuse section Fringe pour élucider des affaires où la logique défie l'imagination. Elle fait équipe avec le brillant et instable scientifique Walter Bishop et son fils Peter. Que cachent ces événements paranormaux sur lesquels ils doivent enquêter ?