Скотти Фергюсон — одинокий отставной сыщик, чья жизнь усеяна приступами патологического страха высоты. Давний друг по колледжу, Гэвин Элстер, просит его помочь и взят под надзор жену Элстера, Мэделин, которая постоянно носится мыслью о самоубийстве. Фергюсон соглашается, считая, что обычное наблюдение поможет понять мотивы этой женщины. Но вскоре выясняется, что за простой просьбой скрывается нечто большее: в городе Сан-Франциско реальность начинает распадаться на образы, тени и тревожные сигналы, которые манят и пугают. Чем ближе он приближается к ней, тем сильнее оказывается вовлеченным в её мир и в собственные воспоминания, пытаясь распутать запутанную сеть мотивов и ложной памяти. Он ловит каждый жест, каждое движение, стараясь уловить истинную сущность Мэделин и при этом постоянно борется с искушением создать для себя идеальный образ женщины, которую хочет увидеть рядом, даже если эта мечта может оказаться опасной. В итоге его расследование превращается в психологическую игру, где грань между реальностью и иллюзией сильно смещается.
Фильм снят по мотивам романа «Из мира мертвых» (D'entre les morts, 1954), написанного совместно Пьером Буало и Томом Нарсежаком.
Права на фильм были выкуплены самим режиссёром и составили наследство его дочери, так что новые поколения зрителей увидели этот фильм только в 1985 году.
Съёмки фильма проходили в период с 30 сентября 1957 по 19 декабря 1957.
На роль Мэделин Хичкок планировал взять Веру Майлз, но та была вынуждена отказаться из-за беременности.
«Головокружение» — четвертый и последний совместный проект Альфреда Хичкока и Джеймса Стюарта.