15 años después de que Erik Heller rescatara a Hanna de un centro secreto rumano, ambos viven ocultos en un bosque de Polonia. Erik ha entrenado a Hanna hasta convertirla en cazadora y asesina, pero ávida por conocer lo que hay más allá de su mundo, se aleja de casa, atrayendo la atención de la agente de la CIA Marissa Wiegler, que la persigue desde su nacimiento.

Tras su captura por los hombres de Marissa, Hanna debe luchar para escapar de las instalaciones de la CIA de Marruecos y unirse a Erik en Berlín. En el camino, conoce a Sophie, una adolescente británica de vacaciones con su familia, que le da a Hanna su primer sabor del mundo real y la emoción de la adolescencia. Sin embargo, a pesar de esta visión de la normalidad, la amenaza de Marissa y sus agentes nunca se queda atrás.

Hanna y Erik se reúnen en Berlín, donde se esconden con sus viejos amigos del ejército y ella aprende más sobre el pasado de su padre. Sin embargo, Hanna continúa añorando la vida normal que vislumbró con Sophie y se siente cada vez más frustrada por las restricciones que su propio padre le impone. Al sentir que Marissa se acerca a ellos, Erik y sus amigos comienzan a prepararse para un ataque.

Erik mantiene a Marissa prisionera, tratando de negociar un acuerdo para que él y Hanna salgan de Berlín a salvo. Mientras tanto, Hanna se esconde con Dieter y su familia. Desesperada por saber más sobre lo que está haciendo su padre, Hanna descubre un gran secreto en su propio pasado. Cuando un plan de escape comienza a formarse, Marissa intenta hacerla propia.

Todavía recuperada de sus revelaciones sobre Erik, Hanna se esconde en los suburbios de Londres con Sophie, quien mantiene a su nuevo amigo en secreto de sus padres. Sophie convence a Hanna para que asista a una fiesta escolar donde Hanna experimenta la emoción de un enamoramiento adolescente por primera vez. Mientras tanto, los amigos de Erik tratan desesperadamente de salvarlo de las lesiones que amenazan la vida que sufrió al huir de la captura.

La relación de Sophie y Hanna comienza a agriarse por su interés compartido en Anton. Como consecuencia de este argumento, Marissa llega a la casa de Sophie fingiendo ser la madre de Hanna. Hanna se encuentra dividida entre poner en peligro a Sophie y su familia, o renunciar a su propia libertad e irse con Marissa. Mientras tanto, un Erik capturado es brutalmente interrogado por Sawyer y sus hombres.

Al darse cuenta de que Hanna ya no aceptará nada más que la verdad completa, Erik la lleva de regreso a Rumania para que pueda aprender más sobre su pasado. Mientras tanto, Marissa comienza a sentir que Sawyer no le ha estado contando toda la verdad sobre Utrax.

Cuando Erik le revela a Hanna la verdad sobre Utrax, está decidida a actuar. Mientras tanto, Marissa intenta averiguar de Sawyer lo que realmente ha estado sucediendo en las instalaciones.