Hanna (Saoirse Ronan) tiene 16 años. Es brillante, curiosa y una devota hija. Excepcionalmente, tiene la fuerza y la energía de un soldado; esto se debe a que fue criada por su padre viudo, Erik (Eric Bana), un ex hombre de la CIA, en las salvajes tierras del norte de Finlandia. Erik ha enseñado a Hanna a cazar, le ha entrenado con un duro programa de autodefensa y le ha enseñado a leer y escribir con tan solo una enciclopedia y un libro de cuentos de hadas. Hanna ha vivido una vida muy diferente a la de cualquier otra adolescente; toda su educación y entrenamiento se reduce a un objetivo, convertirla en la perfecta asesina. Pero en el mundo real hay una cuenta pendiente con la familia de Hanna, y con una mezcla de orgullo paternal y temor Erik se da cuenta de que ya no puede retener más a su hija.

Este momento crucial cambia bruscamente la adolescencia de Hanna; es separada de Erik y se embarca en la misión para la que siempre ha estado destinada. Antes de que ella y su padre se reúnan en Berlín, tal y como lo tenían planeado, Hanna es capturada por unos agentes dirigidos por la despiadada agente de inteligencia Marissa Wiegler (la ganadora del Oscar®, Cate Blanchett). Marissa, una experimentada agente, oculta desde hace largo tiempo el secreto que le une a Hanna y Erik.

Detenida para someterla a observación bajo el desierto de Marruecos, Hanna en poco tiempo invierte la situación con sus captores. Su arriesgada fuga al mundo exterior le arroja a un paisaje desconocido donde velozmente debe aprender a entender y saber cómo guiarse. Marissa envía en secreto un equipo de agentes para que la persigan y ella misma se une a su búsqueda. A medida que el viaje de Hanna la lleva por toda Europa y la acerca a su objetivo final, se enfrenta a desconcertantes revelaciones acerca de su propia existencia e inesperadas preguntas acerca de su propia condición humana.