조커가 고담 시청을 습격한 후, 배트맨에 의해 붙잡혀 아캄 정신병원으로 이송된다. 이곳은 블랙게이트 교도소 화재 이후 조커의 갱단 구성원들이 임시로 수용되고 있다. 조커가 스스로 붙잡히기로 했다고 믿은 배트맨은 그를 정신병원으로 동행한다. 하니 퀸이 보안 시스템을 장악하면서 조커의 계획이 드러나고, 조커는 부패한 경비원의 도움을 받아 시설 안으로 탈출하며, 그 경비원은 고든 경찰청장을 납치한다. 조커는 고담 시내에 숨겨진 폭탄을 터뜨리겠다고 위협하며, 배트맨이 혼자서 행동하도록 강요한다. 고든을 구하기 위해 퀸을 추적하던 배트맨은 스케어크로우의 공포 독에 노출되어 환각을 경험하고, 고든의 죽음과 부모의 시체가 자신에게 말을 거는 모습을 본다. 스케어크로우와 싸운 후, 배트맨은 퀸을 찾아 제압하고 고든을 구출한다. 이후 조커는 배트맨에게 납치된 베인을 지목하고, 아캄의 의사 페넬로페 영이 베인에게 실험을 진행하고 있음을 알린다. 조커는 베인을 풀어주고 배트맨은 그와 싸워야 하며, 이 과정에서 퀸은 탈출한다. 그 후, 배트맨은 섬에 숨겨둔 비밀 배트케이브 시설로 가서 장비를 보충한다.
그곳에서 배트맨은 조커가 영에게 접근하기 위해 정신병원으로 돌아왔다는 사실을 알게 된다. 영은 베인에게 힘을 주는 베놈 약물의 더 강력한 버전인 타이탄을 개발하고 있었고, 이를 통해 환자들이 더 힘든 치료를 견딜 수 있도록 하려 했다. 영은 조커가 그녀의 연구를 자금 지원하며 초인적인 부하들을 만들기 위한 군대를 만들고자 했다는 사실을 알게 되었고, 그녀가 공식을 넘기기를 거부하자 조커가 아캄으로 돌아온 것이다. 영을 찾던 중, 배트맨은 다시 스케어크로우의 공격을 받고 공포 독에 노출되어 부모의 죽음이 있던 밤을 환각으로 보게 된다. 회복한 후, 배트맨은 영의 타이탄 공식을 파괴하고 빅터 자스에게서 영을 구출한다. 폭발로 인해 영이 죽고 조커는 완성된 타이탄 배치를 손에 넣는다.
교도소에서 퀸은 배트맨에게 감금되기 전에 포이즌 아이비를 감옥에서 풀어준다. 퀸은 우연히 조커가 아캄 식물원에 타이탄 생산 시설을 가지고 있다는 사실을 드러낸다. 배트맨은 그곳으로 가서 타이탄이 유전자 변형 식물에 의해 만들어진다는 사실을 알게 된다. 그는 아이비의 도움을 요청하여 해독제를 만들고, 이 해독제가 킬러 크록의 소굴에서만 발견되는 포자로 만들어질 수 있다는 것을 알게 된다. 크록에게 가는 도중, 배트맨은 다시 스케어크로우의 공격을 받고 여러 차례 공포 독을 극복한다. 한편, 조커는 아이비에게 타이탄을 주입하여 그녀의 힘을 강화시킨다. 아이비는 거대한 변종 식물로 아캄 섬을 파괴하기 시작한다. 배트맨이 크록의 소굴로 쫓아가자 스케어크로우는 크록에게 공격당하고 물속으로 끌려간다. 배트맨은 필요한 포자를 회수하고 크록을 제압한 후 배트케이브로 돌아가지만, 아이비의 식물들이 동굴을 침범해 그의 장비를 파괴하기 전에 해독제를 한 번만 합성할 수 있다.
배트맨은 식물원으로 돌아가 아이비를 물리치고 난동을 멈춘다. 조커는 그의 파티 준비가 드디어 완료되었다고 발표하고, 배트맨은 아캄의 방문자 센터로 가서 조커의 박수를 받는 부하들에게 환영받는다. 조커는 고든을 다시 붙잡았다고 밝히고, 타이탄이 가득한 다트를 쏘려 한다; 배트맨은 고든을 지키기 위해 뛰어들지만 대신 총에 맞는다. 배트맨은 변화를 저항하려 하고, 화가 난 조커는 타이탄을 과다 복용하여 거대한 괴물로 변한다. 건물 옥상에 임시로 마련된 경기장에서 조커는 뉴스 헬리콥터 앞에서 배트맨에게 싸움을 도전한다. 배트맨은 변화를 거부하고 자신에게 해독제를 사용한 후, 타이탄에 영향을 받은 조커와 그의 부하들을 물리치고 폭발 젤로 강화된 펀치로 그의 적을 기절시킨다. 그 후, 타이탄의 영향을 받은 이들이 정상으로 돌아오기 시작하고, 조커도 제지되어 경찰에 의해 구금된다. 배트맨은 투페이스가 범죄를 저지르고 있다는 전화를 엿듣고 배트윙을 타고 고담 시로 돌아간다. 크레딧 후 장면에서는 아캄 근처 바다에 떠 있는 타이탄 공식 상자가 보이고, 손이 수면 위로 올라와 그것을 잡는다.
After the Joker assaults Gotham City Hall, he is caught by Batman and taken to Arkham Asylum, which temporarily houses many members of the Joker's gang, who were transferred after a fire at Blackgate Prison. Believing the Joker allowed himself to be captured, Batman accompanies him into the asylum. The Joker's plan is revealed as Harley Quinn takes control of the security and the Joker escapes into the facility, aided by a corrupt guard who kidnaps Commissioner Gordon. The Joker threatens to detonate bombs hidden around Gotham City if anyone tries to enter Arkham, forcing Batman to work alone. Tracking Quinn to the medical facility to rescue Gordon, Batman is exposed to the Scarecrow's fear toxin and hallucinates, seeing Gordon's death and the corpses of his parents talking to him. After fighting off Scarecrow, Batman finds and subdues Quinn before rescuing Gordon. The Joker then directs Batman to the captured Bane, who has been experimented on by asylum doctor Penelope Young. The Joker frees Bane and Batman is forced to fight him, during which Quinn escapes. Afterward, he goes to a secret Batcave installation he had hidden on the island, where Batman restocks his gadgets.
There, Batman learns that the Joker returned to the asylum to gain access to Young, who has been developing Titan—a more powerful version of the Venom drug that gives Bane his strength—intending to use it to help patients survive more strenuous therapies. Young learned that the Joker had been funding her research to create an army of superhuman henchmen; her refusal to hand over the formula precipitated Joker's return to the Asylum. While searching for Young, Batman is again attacked by Scarecrow and the fear toxin, and hallucinates the night of his parents' deaths. After he recovers, Batman destroys Young's Titan formula and rescues Young from Victor Zsasz. An explosion kills Young and the Joker obtains the completed batches of Titan.
At the Penitentiary, Quinn releases Poison Ivy from her cell before being imprisoned by Batman. Quinn accidentally reveals that Joker has a Titan production facility in the Arkham botanical gardens. Batman travels there and learns that Titan is created by genetically modified plants. He enlists Ivy's help to create an antidote and learns that it can only be made from spores found exclusively in Killer Croc's lair in a sewer. En route to Croc, Batman is again attacked by Scarecrow and overcomes several doses of fear toxin. Meanwhile, Joker injects Ivy with Titan, enhancing her powers. Ivy begins ravaging Arkham Island with giant mutant plants. Pursued by Batman into Croc's lair, Scarecrow is attacked by Croc and dragged underwater. Batman recovers the necessary spores and subdues Croc before returning to the Batcave, but can only synthesize one dose of the antidote before Ivy's plants breach the cave and destroy his equipment.
Batman returns to the botanical gardens and defeats Ivy, halting the rampaging plants. The Joker announces that the preparations for his party are finally complete and Batman travels to the asylum's visitor center where the Joker's applauding henchmen welcome him. The Joker reveals he has recaptured Gordon and tries to shoot him with a Titan-filled dart; Batman leaps to Gordon's defense and is shot instead. Batman attempts to resist the change, and an upset Joker takes an overdose of Titan, mutating into a massive monster. In a makeshift arena on the building's roof, the Joker challenges Batman to a fight as Titan-induced monsters in front of news helicopters. Batman refuses to transform, uses the antidote on himself, and defeats the Titan-affected Joker and his henchmen, knocking his nemesis unconscious with an explosive gel-enhanced punch. In the aftermath, those affected by Titan begin to revert to normal, including the Joker—who is restrained and taken into custody as police officers retake the asylum. Batman overhears a call about a crime led by Two-Face in progress and flies back to Gotham City in the Batwing. In a post-credits scene, a crate of Titan formula is shown floating in the ocean near the asylum when a hand surfaces and grabs it.