Été 2016. Emma Sullivan, une cinéaste australienne, commence à documenter la vie et les travaux de l'inventeur danois Peter Madsen. Rendu célèbre dans son pays par son sous-marin fabriqué grâce à un financement participatif, Madsen essayait de devenir le premier astronaute amateur en construisant sa propre fusée. Charismatique et joueur, il parvenait à attirer dans son atelier de Copenhague des ingénieurs et des étudiants en sciences fascinés par son énergie et son ambition.

Le 10 août 2017, un an après le démarrage de son projet, Emma Sullivan filme Peter Madsen qui se prépare à emmener la journaliste suédoise Kim Wall en excursion dans son sous-marin. C'est pendant ce voyage que Peter Madsen va brutalement assassiner la journaliste avant de jeter sa dépouille à la mer. Malgré la sauvagerie du crime, l'homme avait prémédité et soigneusement organisé son geste. Certains de ses préparatifs ont été enregistrés par la caméra d'Emma Sullivan.

Utilisant les images du documentaire d'observation tourné pendant un an, le film de la réalisatrice offre le portrait exceptionnel d'un excentrique séducteur qui se transforme en meurtrier sous nos yeux. La cinéaste montre d'abord l'enthousiasme innocent de la mission spatiale amateur. Elle documente aussi l'oppressant revirement quand les soutiens de Peter Madsen découvrent son crime et prennent conscience de la véritable nature de l'homme qu'ils considéraient comme un ami et mentor.

Après le déni, l'incrédulité et le choc, le dégoût s'installe tandis qu'ils remettent en question la confiance placée en Peter Madsen. Ils réinterprètent notamment a posteriori des événements en apparence banals et découvrent les sentiments de honte et de complicité que provoque le crime atroce survenu dans le sous-marin cette nuit-là à Copenhague. Un cheminement amer entre innocence et expérience les attend alors qu'ils s'apprêtent à affronter Peter Madsen au tribunal et à fournir les témoignages accablants qui entraîneront sa condamnation.

Comme le révèle "Crime en eaux profondes", quelques-uns des rushes sont devenus des éléments clés pour l'accusation dans le cadre du procès de Peter Madsen en mars 2018. L'assassin a finalement été jugé coupable et condamné à la prison à vie.

Une version provisoire de "Crime en eaux profondes" a été projetée au Festival du film de Sundance en 2020. Après cette projection, deux participants ont été retirés du film tandis qu'une troisième, "Sara", apparaît cachée à sa demande. Les cinéastes ont eu recours à une technologie numérique d'avant-garde qui permet un masquage réaliste tout en offrant au public une expérience plus authentique que le floutage.