故事的开端，卢浮宫正在进行古埃及文物展，其中一具公元前14世纪的女祭司木乃伊“哈玛希” 引发关。这具木乃伊并非普通文物——她是古埃及法老的守护者，因触犯禁忌被施以诅咒，灵魂被封印在躯体中，唯有月光与特定频率的能量能唤醒她。随着展览筹备，卢浮宫夜间频繁出现怪事：展品故移位、监控画面闪现诡异人影、警报系统莫名触发，莉娜执勤时更是多次看到模糊的古埃及女性幻象。
真正的转折发生在一个满月之夜。莉娜在巡逻时靠近哈玛希的展柜，月光透过玻璃照在木乃伊身上，同时莉娜佩戴的祖传埃及项链发出微光。瞬间，哈玛希的灵魂冲破封印，附着在莉娜体内。此后，莉娜的行为变得异常：她开始在夜间用古埃及语喃喃自语，身手变得敏捷如猫，甚至能在黑暗中看清常人法察觉的细节。她潜意识里被哈玛希的意志操控，试图寻找一件藏在卢浮宫的“太阳金盘”——据说这是能让灵魂永久脱离躯体、获得永生的神器。
卢浮宫研究员阿历克斯·法尔科米歇尔·塞罗 饰意到莉娜的异常。他本是研究古埃及文献的学者，因展品怪事介入调查，逐渐发现莉娜体内似乎有另一个灵魂。通过查阅文献，阿历克斯得知哈玛希的传说：她曾为保护太阳金盘被法老赐死，临终前发下毒誓，要在千年后夺回金盘并向所有“亵渎者”复仇。而莉娜的项链，正是当年封印哈玛希灵魂的关键载体。
随着哈玛希的力量增强，莉娜的意识逐渐被吞噬，她开始主动破坏展柜、袭击保安，目标直指卢浮宫地下密室的太阳金盘。阿历克斯为救莉娜，必须在哈玛希拿到金盘前成“月光净化仪式”——在满月升到卢浮宫金字塔顶端时，用莉娜的项链重新封印灵魂。
高潮戏发生在卢浮宫闭馆后的深夜。莉娜被哈玛希控制闯入地下密室，即将触碰到太阳金盘。阿历克斯带着项链赶到，与“哈玛希”展开对峙。月光透过金字塔照进密室，阿历克斯趁哈玛希因强光短暂虚弱时，将项链贴在莉娜额头上。古老的咒语声中，哈玛希的灵魂从莉娜体内剥离，化作一道光消散在月光里。莉娜恢复意识，对之前的事毫记忆，只有手腕上留下一道古埃及符号的印记。
影片，卢浮宫恢复平静，太阳金盘被重新封存，而莉娜与阿历克斯站在金字塔下，望着满月，仿佛古埃及的秘密已随月光一同沉入历史。《卢浮魅影》用奇幻的设定，将卢浮宫的庄严与古埃及的神秘融为一体，讲述了一个关于诅咒、救赎与文明碰撞的故事。