Hanna Heller adalah seorang gadis berusia lima belas tahun yang tinggal bersama ayahnya, Erik, di utara Finlandia. Sejak berusia dua tahun, Hanna telah dilatih oleh Erik, seorang CIA yang beroperasi dari Jerman, menjadi pembunuh mahir. Dia mengajar tangan ke tangan tempurnya dan mengebomnya dalam menembak target. Erik tahu rahsia yang tidak boleh dipublikasikan, dan Marissa Wiegler, seorang pegawai kanan CIA, mencari dia untuk menghapuskannya. Erik telah melatih Hanna dengan niat bahawa dia akan membunuh Marissa.

Suatu malam, Hanna memberitahu Erik bahawa dia "bersedia" menghadapi musuh mereka. Erik menggali radio beacon yang akhirnya akan memberi amaran kepada CIA kehadiran mereka. Walaupun dia memberi amaran kepada Hanna bahawa konfrontasi dengan Marissa akan membawa maut sama ada dia atau Marissa, dia meninggalkan keputusan akhir untuk Hanna, yang mengaktifkan suar. Erik meninggalkan, mengarahkannya untuk berjumpa dengannya di Berlin.

Hanna dibawa ke kompleks CIA bawah tanah di Maghribi di mana Marissa yang mencurigakan menghantar badan ganda. Semasa bercakap dengan dua kali, Hanna mula menangis dan merangkak terisak-isak ke pangkuan dua kali ganda, yang membuat penakutnya tidak selesa. Mereka menghantar beberapa pengawal ke sel untuk menenangkannya. Semasa masuk ke dalam sel, Hanna membunuh dua orang itu bersama beberapa pengawal dan melarikan diri.

Hanna bertemu dengan Sebastian dan Rachel, yang sedang bercuti camper-van dengan anak-anak mereka, Sophie dan Miles, di Maghribi. Dia bersandar di kemping-van keluarga di perjalanan feri ke Sepanyol, berusaha untuk sampai ke Berlin. Keluarga itu baik untuknya, dan dia dan Sophie menjadi kawan, walaupun berkongsi ciuman.

Marissa menyewa Isaacs, seorang bekas ejen sadis, untuk menangkap Hanna. Hanna bepergian dengan keluarga ketika mereka memandu ke utara melalui Perancis. Isaacs dan dua skinheads mengarahkan mereka dan akhirnya menunjuk Hanna dan keluarga berhampiran Hamburg, tetapi dia berjaya melarikan diri, membunuh salah seorang penyerang. Marissa menangkap keluarga Britania dan semasa siasatan mendapati Hanna sedang menuju ke Berlin.

Tiba di alamat yang diberikan oleh Erik, Hanna bertemu dengan Knepfler, penyihir lama yang eksentrik dan rakan Erik, yang tinggal di sebuah taman hiburan yang ditinggalkan. Hanna merancang pertemuan dengan ayahnya. Walau bagaimanapun, Marissa dan Isaacs tiba. Hanna melarikan diri, tetapi mendengus komentar yang menunjukkan bahawa Erik bukan bapa biologinya.

Kemudian, Hanna pergi ke apartmen neneknya di mana dia mendapati Erik, yang tidak berjaya cuba membunuh Marissa di bilik hotelnya. Nenek Hanna telah dibunuh oleh Marissa. Erik mengakui bahawa dia bukan bapa kandungnya. Dia pernah merekrut wanita hamil ke dalam program CIA di mana DNA anak-anak mereka dipertingkatkan untuk membuat super-askar. Selepas projek dimatikan, subjeknya dihapuskan.

Marissa dan Isaacs tiba; Erik bertindak sebagai gangguan untuk membolehkan Hanna melarikan diri. Erik membunuh Isaac dalam pertarungan, tetapi ditembak oleh Marissa, yang pergi ke rumah Knepfler. Hanna berada di sana, baru sahaja mendapati Knepfler disiksa hingga mati oleh Isaacs. Selepas mengejar, Hanna membunuh Marissa.