Moskau im Jahr 1990: Anna (Sasha Luss) verkauft Souvenirs an Touristen, als sie vom Agenten einer Pariser Modelagentur entdeckt wird. Sie reist in die französische Hauptstadt und führt schon bald ein glamouröses Leben in der Pariser Modeszene. Doch nachdem sie einen skrupellosen Waffenhändler ermordet, wird klar, dass Anna mehr ist, als sie zu sein scheint: Bereits 1987 wurde sie nämlich von dem KGB-Agenten Alex  Tchenkov (Luke Evans) rekrutiert, der ihr großes Potential als Agentin erkannte und ihren brutalen Freund Piotr (Alexander Petrov) ermordete. Annas Leben als Model dient also nur zur Tarnung. Ihre Aufträge erhält sie von Alex‘ Vorgesetzter Olga (Helen Mirren). Doch nach dem Mord an dem Waffenhändler taucht sie auf dem Radarschirm von CIA-Agent Lenny Miller (Cillian Murphy) auf, der sie zwingt, zur Doppelagentin zu werden und fortan für ihn zu arbeiten. Anna jedoch will das Agentenleben eigentlich hinter sich lassen…