Действие сериала разворачивается в 1984 году в Витебской области, которую сотрясает череда жутких происшествий: в сельском магазине происходит ограбление, преследовавший преступников сотрудник ГАИ бесследно исчезает, а вместо него следователи находят труп девушки. Дело поручают местному специалисту Михаилу Шахновичу, а в напарники ему присылают из Минска старшего следователя по особо важным делам Леонида Ипатьева. Разница во взглядах и методах работы приводит к мгновенной неприязни между мужчинами. Шахнович считает, что все эти преступления связаны и быстро находит бедолаг, которые берут вину на себя, а Ипатьев полагает, что они имеют дело с разными преступниками, тем более что это не первая девушка, убитая в этих краях.
Сериал «Душегубы» основан на скандальном деле «витебского душителя» Геннадия Михасевича, совершившего с 1971 по 1985 годы 36 убийств. В ходе расследования было допущено множество судебных ошибок, за преступления Михасевича были осуждены 14 человек, один из которых был расстрелян. После поимки настоящего душителя все невиновные были отпущены и реабилитированы, а следователи и судьи, причастные к несправедливым приговорам, понесли наказание.