A Descoberta das Bruxas gira em torno de Diana Bishop (Teresa Palmer), uma brilhante historiadora e, relutantemente, uma poderosa bruxa que nega sua herança mágica. Sua vida vira de cabeça para baixo quando ela acidentalmente descobre um manuscrito alquímico encantado no coração da Biblioteca Bodleiana, em Oxford. Este manuscrito, conhecido como Ashmole 782, é procurado por todas as criaturas sobrenaturais, pois acredita-se que ele contenha os segredos da origem e do futuro de vampiros, demônios e bruxas.

A partir desse momento, Diana é lançada em um mundo perigoso e fascinante, onde ela é forçada a confrontar sua verdadeira natureza. Sua jornada se complica ainda mais com a chegada de Matthew Clairmont (Matthew Goode), um geneticista renomado e um vampiro milenar. Apesar da antiga animosidade entre bruxas e vampiros, Diana e Matthew são irremediavelmente atraídos um pelo outro, iniciando um romance proibido que desafia as convenções e ameaça a frágil paz entre as espécies.