Tegen haar wil wordt Dominika Egorova (Jennifer Lawrence) opgeleid tot 'sparrow', een getrainde verleidster van de Russische veiligheidsdienst. Dominika leert haar lichaam als een wapen te gebruiken, maar heeft moeite haar eigenwaarde te behouden tijdens de onmenselijke training. Toch groeit ze uit tot een van de beste krachten van het programma. Haar eerste doelwit is Nate Nash (Joel Edgerton), een CIA-agent die verantwoordelijk is voor de meest gevoelige infiltratie in de Russische inlichtingendienst. De twee jonge agenten belanden in een neerwaartse spiraal van aantrekkingskracht en bedrog, wat een bedreiging vormt voor hun carrière, hun loyaliteit en de veiligheid van beide landen. Red Sparrow is gebaseerd op het boek van de voormalige CIA-agent Jason Matthews.