Michael Marks, una especie de investigador marginal, despierta en una habitación solo, semidesnudo, con un ojo lastimado y un dispositivo alrededor de su cuello similar a un casco metálico dividido en dos con clavos en su interior. La televisión se enciende y aparece el títere Jigsaw, quien le explica que tiene sólo un minuto para perforar su ojo con un bisturí y sacar la puto el que sede a una muerte segura. Al ser incapaz de cortarse el ojo, Michael grita por ayuda hasta que el dispositivo se cierra haciendo que los clavos entren su cabeza, rostro y cráneo. El hombre muere.
Al llegar la noche, el detective Eric Mathews, arrepentido por ser tan severo con su hijo adolescente, decide disculparse pero es interrumpido por la detective Kerry, quien le informa sobre otra víctima de Jigsaw. En la escena del crimen, el cadáver resulta ser Michael, revelándose que se trataba de un informante del detective Eric. Además de que en la escena del crimen también encuentran una pista que involucra al detective Mathews.
En la comisaría, Eric, tras recordar un detalle en el video de Jigsaw, resuelve el acertijo y junto a un escuadrón y la detective Kerry los policías llegan hasta una fábrica abandonada que resulta ser la guarida secreta de Jigsaw. En dicha fábrica, el asesino sorprendentemente no opone resistencia y se deja capturar. Sin embargo, al ser arrestado el maniático les advierte que deben preocuparse más bien por otra cosa, señalando una segunda habitación. Kerry se dirige a la habitación encontrando un reloj en cuenta regresiva y unos monitores que trasmiten en vivo a ocho nuevas víctimas encerradas en una habitación, entre las cuales se encuentra Daniel,el hijo de Eric.
Kerry le sugiere a Eric que acceda a las exigencias del asesino (básicamente hablar con el a solas), mientras el equipo se encarga de descubrir el origen de las transmisiones y resolver el enigma detrás del reloj inverso. Jigsaw, quien prefiere ser llamado “John”, le explica a Eric que su juego sólo consiste en quedarse con él y esperar a que el tiempo se termine. Durante su conversación, Jigsaw indaga incansablemente en el carácter del detective, tratando al parecer de que éste comprenda por qué actúa como lo hace en su vida y de que trate de comprender, a través mayormente de metáforas y razonamientos, un poco lo que ha significado para el ver tan distorsionada su vida, todo acompañado de unas pocas aseveraciones morbosas, tanto en sentido directo como figurado. Da a entender al detective que no merece recuperar a su hijo porque lo único que lo mueve a intentarlo son sus propios intereses; cosa que según Jigsaw se demuestra en que sólo al verlo a punto de morir en esa casa se preocupa por él, ignorando todo lo que había sufrido antes de llegar allí. Pero el detective, preocupado por el bienestar de su hijo, se dirige a ver qué sucede en los monitores.
En la casa abandonada, en una sala las ocho víctimas intentan descubrir lo que sucede, pero una de ellas, quien resulta ser Amanda, es la que encuentra la cinta de Jigsaw. La siniestra voz les explica a las personas que la casa está cerrada y que se abrirá en tres horas, pero que el veneno tóxico que respiraron mientras dormían los matará en dos, de manera que el grupo debe recolectar los antídotos escondidos en la casa. Si bien en un principio el grupo se negó a seguir las reglas, al descubrir que quebrantarlas significaría su muerte las víctimas se abren paso por la casa pasando por diferentes habitaciones llenas de trampas para alcanzar los antídotos. No obstante, dicha experiencia solo los reduce en número y la evidente falta de confianza entre todos crece hasta que el grupo se divide. El grupo en el que se encuentra Daniel descubre que la razón por la que fueron reunidos por el asesino es porque todos fueron atrapados por el mismo detective: Eric Mathews, quien los incriminó cruelmente de tráfico de drogas, llegando incluso a falsear evidencia con el fin de atraparlos.
De regreso en la sala de centro, el más violento de las víctimas llamado Xavier, se entera de que uno de los tantos acertijos de Jigsaw relacionado con la combinación de una caja fuerte detrás de las mentes de todos es literal. En consecuencia el hombre comienza a escudriñar inmoralmente los cadáveres de sus fallecidos compañeros y a asesinar cruelmente a los vivos. Hasta que solo quedan Daniel y Amanda, quienes se ven en la obligación escapar de el. Eric completamente desesperado por ver dichas escenas, comienza a golpear y torturar a Jigsaw, mientras este no vacila en seguir tratando de herir sus sentimientos, eventualmente es aprisionado hasta el punto de que Eric casi lo mata, Jigsaw sugiere la oportunidad de ir hasta la casa pero con la condición de ir ambos solos y en secreto. El detective acepta y los dos se dirigen hasta la casa abandonada.
De regreso en la casa, Daniel y Amanda descubren una puerta secreta y tras escapar en esta, ambos llegan hasta el mismo baño de la entrega anterior, topándose con el cadáver de Zep, y el supuesto cadáver de Adam y la pierna de Dr. Gordon en putrefacción. Xavier finalmente aparece en el mismo baño preparado para matarlos y después de cortarse una parte de su nuca con tal de descubrir su propio número es asesinado por Daniel.
El escuadrón policíaco descubre el origen de la señal y se dirigen hasta el mismo lugar. Pero al llegar los policías descubren que las “transmisiones en vivo” no eran otra cosa más que videos reproduciéndose. En la fábrica abandonada, el tiempo marcado en el reloj se acaba y una caja fuerte se abre en cuyo interior se encuentra un desconcertado Daniel.
Mathews y Jigsaw llegan a la verdadera casa abandonada y, una vez adentro, Eric llega al mismo baño pero allí solo encuentra una persona con máscara de cerdo quien lo seda. Al despertar Eric descubre una cinta con la voz de Amanda quien le explica que perdió su juego con Jigsaw, además de revelarse como la aprendiz y sucesora del mismo. Acto seguido aparece Amanda, quien encierra a Mathew tras declarar “Fin del juego”. La última escena muestra a Jigsaw en el auto de Eric sonriendo.
