Doctor X: Mafia in White mengisahkan Gye Su Jeong (Kim Ji Won), dokter bedah lepas pemberani yang dijuluki "anjing gila di ruang operasi" karena keberaniannya menangani berbagai kasus medis. Ia kemudian ditugaskan mengisi posisi dokter bedah yang kosong di Rumah Sakit Universitas Gu Seo melalui biro penyaluran tenaga medis milik Jang Hee Sook (Lee Jung Eun).
Di tengah sistem rumah sakit yang didominasi oleh keserakahan finansial, korupsi, hingga birokrasi kaku dari elit penguasa, Su Jeong menolak keras untuk tunduk pada aturan main. Berbekal kemampuan bedah yang mumpuni, Su Jeong nekat menangani kasus-kasus medis yang terbilang hampir mustahil demi menyelamatkan nyawa pasien sekaligus membongkar praktik korupsi dari dalam rumah sakit.
Keberanian itu membuat ia harus bersinggungan langsung dengan Direktur Rumah Sakit Universitas Gu Seo, Bu Seung Kwon (Son Hyun Joo), yang memegang kekuasaan besar di rumah sakit.