Dominika Egorova (Jennifer Lawrence) es reclutada contra su voluntad para ser un gorrión, una seductora adiestrada del servicio de seguridad ruso. Dominika aprende a utilizar su cuerpo como arma, pero lucha por conservar su sentido de la identidad durante el deshumanizador proceso de entrenamiento. Hallando su fuerza en un sistema injusto, se revela como uno de los activos más sólidos del programa. Su primer objetivo es Nate Nash (Joel Edgerton), un funcionario de la CIA que dirige la infiltración más confidencial de la agencia en la inteligencia rusa. Los dos jóvenes agentes caen en una espiral de atracción y engaño que amenaza sus carreras, sus lealtades y la seguridad de sus respectivos países.