O Mistério das Garotas Perdidas gira em torno de um pastor que investiga seitas religiosas oportunistas. Park (Jung-jae Lee) é um missionário, dirigente do Instituto de Pesquisa Religiosa do Extremo Oriente, organização que estuda e denuncia grupos religiosos suspeitos. Park pede ajuda de um amigo, um monge budista, para averiguar uma nova seita com comportamentos estranhos e origens misteriosas, o culto Deer Mount, que aparentemente pode estar envolvido com uma série de desaparecimentos e assassinatos de garotas. Em meio às suas buscas, o pastor Park conhece o capitão de polícia Hwang, que também procura desvendar ações criminosas que parecem ter sido cometidas por esse grupo. O que não esperavam era que o mistério que os ronda poderia estar ligado a forças sobrenaturais.