En Angleterre, en juillet 1984, un programmeur de 19 ans, Stefan Butler (Fionn Whitehead), rêve d'adapter un livre "Choose Your Own Adventure" appelé Bandersnatch et écrit par l'écrivain tragique Jérôme F. Davies (Jeff Minter). Il espère ainsi révolutionner le jeu vidéo d'aventure. Le jeu consiste à traverser un dédale de couloirs, tout en évitant une créature appelée Pax, et parfois le joueur doit faire des choix en fonction des instructions à l'écran. Butler produit le jeu pour la société Tuckersoft, gérée par Mohan Thakur (Asim Chaudhry), qui emploie le célèbre créateur Colin Ritman (Will Poulter). Butler a le choix d'accepter ou de refuser l'aide de la société dans le développement du jeu. Si Butler accepte l'offre, Ritman dit qu'il a choisi le "mauvais choix" et Butler revit alors la scène pour faire un choix différent.

Si Butler refuse, il commence à travailler en solitaire sur le jeu depuis chez lui et doit le livrer pour le 12 septembre à Thakur, afin que Tuckersoft profite des ventes de Noël. Il suit en parallèle une thérapie avec le Dr Haynes (Alice Lowe) et fait le choix de discuter de la mort de sa mère, survenu quand il avait 5 ans. Sa mère était dans un train qui a déraillé. Cette dernière a pris le train d'après, après avoir manqué celui qu'elle devait prendre au départ, car Butler ne voulait pas quitter la maison sans son jouet lapin, que son père, Pierre (Craig Parkinson), avait pris soin de cacher, estimant que son fils ne devait pas jouer avec des poupées. Un autre choix permet à Butler de suivre Ritman jusqu'à son appartement, où il vit avec sa petite amie de Kitty et sa fille Perle, et de prendre des hallucinogènes. Ritman parle ensuite des chemins différents qu'il est possible de suivre dans sa vie. Il dit à Butler que l'un des deux doit sauter du balcon et l'autre doit rester. Soit Butler ou Ritman saute alors. Le spectateur peut alors explorer plusieurs chemins, le bon étant celui où Ritman saute et Kitty part à sa recherche.

La date limite pour remettre le jeu à Thakur est reportée alors que d'étranges erreurs surviennent dans le jeu. Butler commence à sentir qu'il est contrôlé par des forces extérieures, en remettant en question la façon dont beaucoup ont confiance en son père et le Dr Haynes. Butler trouve que sa vie possède des points communs avec celle de Davies, notamment avec les segments qui conduisent Davies à la décapitation de sa propre femme. Comme il commence à sombrer dans la folie, le spectateur a la possibilité d'expliquer à Butler, par l'intermédiaire de son ordinateur de 1984, que Netflix essaye de lui envoyer des signaux à partir du xxie siècle. Un chemin révèle que les personnages sont en fait des acteurs et que le père de Butler est un producteur. Un autre conduit à ce que Butler s'attaque à son thérapeute et à son père. Un ensemble de choix conduit aussi à ce que Butler suive les conseils de Ritman en traversant un miroir pour revenir à ses 5 ans et aller avec sa mère pour mourir dans le déraillement du train, causant sa mort dans le présent. Le spectateur peut aussi découvrir un coffre-fort verrouillé contenant dans un cas le lapin en peluche de Butler, ou dans un autre cas, des documents révélant qu'il est surveillé dans le cadre d'une expérience. Avec d'autres chemins, le spectateur a la possibilité de tuer le père de Butler, d'enterrer ou de couper son corps pour ensuite aller tuer Ritman ou Thakur. Ces chemins amènent à notre présent, en tant que Perle, qui est maintenant développeuse pour Netflix et qui essaye d'adapter le Bandersnatch de Butler en film interactif et commence à avoir les mêmes "visions" que Davies et Butler.