Miguel Álvarez, sacerdote encarregado de proteger as relíquias guardadas na Câmara Santa da catedral de Oviedo, aparece morto. Sua morte é atribuída a um ataque cardíaco, e as autoridades eclesiásticas não se dão conta de que a relíquia mais valiosa do templo – o tecido que cobriu o rosto de Cristo após sua crucificaxão – havia sido alterada.

Anos depois, Hannah Manning, uma jovem garçonete que decide ser mãe de aluguel, se submete com sucesso à fertilização in vitro e passa a gravidez na casa dos pais biológicos do bebê, Jolene e Marshal Whitfield, adeptos de uma estranha ceita que prega a segunda vinda de Cristo pelas mãos da ciência.

No rico e isolado subúrbio em que os Whitfield moram, Hannah não tem contato com ninguém, a não ser com o padre Jimmy, pároco da igreja local. Desconfiada em relação às intenções do casal, Hannah pede ajuda a Jimmy, que logo compreende que a jovem é vítima de um experimento aterrador.

Sudário de Oviedo é uma misteriosa trama que reúne suspense, tensão e fanatismo. Qual será o fim desta história?