Dominika Egorova (Jennifer Lawrence) värvätään vastoin hänen tahtoaan Venäjän tiedustelupalvelun leipiin ”varpuseksi”, koulutetuksi viettelijäksi. Dominika oppii käyttämään kehoaan aseena, mutta kamppailee säilyttääkseen ihmisyytensä ja pysyäkseen itsenään epäinhimillisen julmassa koulutusohjelmassa. Epäoikeudenmukainen järjestelmä saa Dominikan löytämään todelliset voimavaransa, ja hänestä kasvaa koulutusohjelman vaarallisin ase. Varpusen ensimmäiseksi kohteeksi määrätään CIA-agentti Nate Nash (Joel Edgerton), jonka tehtävänä on hoitaa Venäjän tiedustelupalveluun kohdistuvat arkaluontoisimmat tehtävät. Nämä kaksi nuorta agenttia ajautuvat petosten ja houkutusten pyörteisiin, vaarantaen samalla uransa, lojaalisuutensa sekä molempien maiden turvallisuuden. Red Sparrow perustuu entisen CIA-agentin Jason Matthewsin samannimiseen kirjaan. Elokuva tuo jälleen yhteen Jennifer Lawrencen ja ”Hunger Games” -elokuvan ohjaajan Francis Lawrencen.