En la Italia actual, en un palacio cerca de Roma, vive el conde Leopoldo Karnstein con su prima Carmilla. Sobre la familia pesa una oscura leyenda referida a una antepasada, Mircalla, quien, según se dice, fue una vampira. Después de una fiesta, Carmilla se acerca a la tumba de Mircalla y es poseída por el espíritu maligno de ésta, comenzando a ejercer el vampirismo sobre su primo y, en particular, sobre una campesina y la prometida del conde, Georgia.
 | Mel Ferrer | Leopoldo De Karnstein |
| Elsa Martinelli | Georgia Monteverdi |
| Annette Vadim | Carmilla |
| Alberto Bonucci | Carlo Ruggieri |
| René-Jean Chauffard | Dr. Verari |
| Gabriella Farinon | Lisa |
| Serge Marquand | Giuseppe |
| Edith Peters | Cocinero |
| Peters Catalano | |
| Nathalie Lafaurie | Marie |
| Carmilla Stroyberg | Martha |
| Marc Allégret | Judge Monteverdi |
| Giovanni Di Benedetto | Policía |
| Renato Speziali | Guido Naldi |
