La série se déroule dans la petite ville de Twin Peaks. Elle débute lorsque Laura Palmer, étudiante modèle très respectée dans la petite ville, meurt brutalement dans la nuit du 23 au 24 février 1989. Le shérif Truman assistée par Dale Cooper, agent du FBI, se charge alors de l'enquête. En suivant la série et l'enquête semée d'embûches sur la mort de la jeune fille de 17 ans, nous découvrons au fil des épisodes que la charmante et paisible petite ville n'est rien de ce qu'elle paraît.