Al van jongs af aan droomt Grace Farringdon van ontdekkingsreizen en nieuwe werelden. Maar wanneer ze de kans lijkt te krijgen haar ambitie waar te maken, wordt de harde waarheid duidelijk. Aan het begin van de twintigste eeuw worden meisjes namelijk geacht thuis te blijven en hun toekomst af te wachten. Grace komt in opstand tegen dit verstikkende milieu en wordt toegelaten tot de universiteit. Daar vindt ze vier gelijkgestemde vrouwen, met wie ze het Genootschap voor Zuidpoolonderzoek opzet ter voorbereiding van hun grote droom: als eerste vrouwen de Zuidpool bereiken.
Vijftien jaar later verschuilt Grace zich als een kluizenaar in haar eigen huis, maar toch weet een journalist binnen te komen. Langzaam wordt duidelijk dat er huiveringwekkende dingen zijn gebeurd tijdens de expedities die het genootschap maakte, waarvan zij de enige overlevende is. Toen de nachten koud waren is een aangrijpend verhaal over ambitie en rivaliteit, obsessie en wraak.