Em uma instalação secreta romena, Erik Heller evita segurança para resgatar a bebê Hanna. 15 anos depois, pai e filha vivem nas profundezas da floresta polonesa. Erik treinou Hanna para ser uma incrível matadora e caçadora. No entanto, ansioso para crescer além dos limites de seu mundo isolado, ela começa a se aventurar longe de casa. Isso atrai a atenção da agente da CIA, Marissa Wiegler, que caça Hanna desde o nascimento.

Após sua captura pelos homens de Marissa, Hanna deve lutar para escapar da instalação da CIA marroquina e se juntar a Erik em Berlim. Ao longo do caminho, ela conhece Sophie, uma adolescente britânica em férias com sua família, que dá a Hanna seu primeiro bom gosto do mundo real e a emoção da adolescência. No entanto, apesar desse vislumbre da normalidade, a ameaça de Marissa e seus agentes nunca fica muito atrás.

Hanna e Erik se reencontram em Berlim, onde se escondem com seus velhos amigos do exército e ela aprende mais sobre o passado de seu pai. No entanto, Hanna continua ansiosa pela vida normal que vislumbra com Sophie e se torna cada vez mais frustrada com as restrições que o próprio pai lhe impõe. Sentindo que Marissa está se aproximando deles, Erik e seus amigos começam a se preparar para um ataque.

Erik está mantendo Marissa como prisioneira, tentando negociar um acordo para que ele e Hanna saiam com segurança de Berlim. Enquanto isso, Hanna se esconde com Dieter e sua família. Desesperada para saber mais sobre o que seu pai está fazendo, Hanna descobre um enorme segredo em seu próprio passado. Como um plano de fuga começa a se formar, Marissa tenta fazer o seu próprio.

Ainda se recuperando de suas revelações sobre Erik, Hanna se esconde no subúrbio de Londres com Sophie, que mantém seu novo amigo em segredo de seus pais. Sophie convence Hanna a participar de uma festa na escola onde Hanna experimenta a emoção de uma paixão adolescente pela primeira vez. Enquanto isso, os amigos de Erik tentam desesperadamente salvá-lo dos ferimentos com risco de vida que ele sofreu quando fugiu da captura.

O relacionamento de Sophie e Hanna começa a azedar por causa de seu interesse comum em Anton. Nas consequências desse argumento, Marissa chega à casa de Sophie fingindo ser a mãe de Hanna. Hanna se vê dividida entre pôr em perigo Sophie e sua família, ou desistir de sua própria liberdade e ir com Marissa. Enquanto isso, um Erik capturado é brutalmente interrogado por Sawyer e seus homens.

Percebendo que Hanna não aceitará mais nada além da verdade completa, Erik a leva de volta à Romênia para que ela possa aprender mais sobre seu passado. Enquanto isso, Marissa começa a sentir que Sawyer não contou a ela toda a verdade sobre Utrax.

Quando Erik revela a Hanna a verdade sobre Utrax, ela está determinada a agir. Enquanto isso, Marissa tenta descobrir de Sawyer o que realmente está acontecendo na instalação.