Quinze anos após Erik Heller resgatar a bebê Hanna de uma instalação secreta romena, eles vivem no meio de uma floresta polonesa. Erik treinou Hanna para ser uma incrível assassina e caçadora. Mas, ávida por crescer além das fronteiras de seu mundo isolado, ela se aventura longe de casa, o que atrai Marissa Wiegler, agente da CIA, que persegue Hanna desde o nascimento.

Depois de sua captura pelo pessoal de Marissa, Hanna luta para fugir do complexo da CIA em Marrocos e se encontrar com Erik em Berlim. No caminho, conhece Sophie, adolescente inglesa de férias com a família, que dá a Hanna o primeiro gostinho do mundo e das emoções da adolescência. Mas apesar desse vislumbre de normalidade, a ameaça representada por Marissa e seu pessoal nunca está muito longe.

Hanna e Erik se reencontram em Berlim, onde se escondem com seus antigos amigos do exército, e ela aprende mais sobre o passado de seu pai. Contudo, Hanna continua a desejar a vida normal que conheceu com Sophie, e se torna cada vez mais frustrada com as restrições que o próprio pai impõe a ela. Sentindo que Marissa está se aproximando, Erik e os amigos começam a se preparar para um ataque.

Erik mantém Marissa prisioneira, tentando negociar um acordo que tire ele e Hanna a salvo de Berlim. Enquanto isso, Hanna se esconde com Dieter e a família dele. Desesperada para descobrir mais sobre os planos de seu pai, Hanna descobre um grande segredo sobre seu próprio passado. Enquanto um plano de fuga toma forma, Marisse também tenta escapar.

Ainda em choque com as revelações sobre Erik, Hanna se esconde em um subúrbio de Londres com Sophie, que mantém a nova amiga escondida dos pais. Sophie convence Hanna a ir a uma festa do colégio, onde Hanna sente uma paixonite de adolescente pela primeira vez. Enquanto isso, os amigos de Erik tentam salvá-lo dos ferimentos mortais que ele sofreu ao escapar.

A amizade entre Sophie e Hanna começa a azedar por conta do interesse mútuo em Anton. Em seguida a essa briga, Marissa chega na casa de Sophie fingindo ser a mãe de Hanna. Hanna fica dividida entre colocar Sophie e a família em perigo, ou abrir mão da própria liberdade e se entregar à Marissa. Enquanto isso, Erik, cativo, é brutalmente interrogado por Sawyer e seu pessoal.

Ao perceber que Hanna não vai aceitar nada, a não ser a verdade, Erik a leva de volta para a Romênia, para ela aprender mais sobre seu passado. Enquanto isso, Marissa começa a sentir que Sawyer não vem lhe contando toda a verdade sobre a Utrax.

Quando Erik revela a Hanna a verdade sobre a Utrax, ela decide agir prontamente. Enquanto isso, Marissa tenta descobrir com Sawyer o que vem acontecendo de verdade no complexo da Utrax.