Die 16-jährige Hanna Heller lebt mit ihrem Vater Erik in einem Wald in Finnland, nahe dem Polarkreis. In der Eingangsszene des Films jagt Hanna im Winter mit Pfeil und Bogen einen Hirsch, dessen Herz sie jedoch verfehlt. Sie verpasst dem sterbenden Tier schließlich einen Fangschuss mit der Pistole und sagt dazu: „Ich habe dein Herz verfehlt.“
In Finnland hat Erik sie in allerlei Techniken, vom Kämpfen (bewaffnet und unbewaffnet) über verschiedene Sprachen bis hin zum Wissen über die Welt und Kulturen, unterrichtet. Sie hatte nie Kontakt zu der modernen Außenwelt und kennt deshalb keine Elektrizität, keine Musik und hat nie das Verhalten in der Außenwelt erlebt. Für eine spätere Mission hat sie eine falsche Identität verinnerlicht und sie auswendig gelernt. Später übergibt Erik ihr einen Funksender; sie soll selbst entscheiden, ob sie dazu bereit ist, damit ihren Aufenthaltsort zu verraten. Sobald dies geschehen sei, könne es nur durch den Tod Hannas oder den der CIA-Agentin Marissa Wiegler enden. Hanna benutzt den Sender nach einigem Zögern; er übermittelt ein Signal, das von der CIA aufgefangen wird.
Wiegler schickt ein Team los, um Erik gefangen zu nehmen. Bei der Einsatzbesprechung erzählt sie den anderen, Erik sei ein desertierter CIA-Agent, dessen Fingerabdrücke auf einer Waffe neben der ermordeten Johanna Zadeck gefunden wurden. Er wisse etwas, das unbedingt geheim gehalten werden müsse; deshalb könne man den Fall nicht Interpol überlassen. In einer Rückblende sieht man, wie Marissa auf ein fahrendes Auto feuert, in dem sich Erik, Hanna und Johanna, Hannas Mutter befinden. Obwohl Johanna tödlich verletzt wird, schafft es Erik, mit Hanna zu entkommen.
Als das Einsatzkommando in Finnland eintrifft, ist Erik bereits fort. Hanna, die von der CIA nicht erwartet wird, tötet mühelos die ersten beiden Soldaten, lässt sich dann jedoch gefangen nehmen. Sie wird in eine Einrichtung nach Marokko gebracht. Bei einer Untersuchung ihres Blutes werden Auffälligkeiten festgestellt, die Techniker halten es aber für eine verfälschte Probe. Als Hanna in der Zelle sagt, sie möchte Marissa Wiegler sprechen, wird eine Doppelgängerin zu ihr geschickt. Diese fragt danach, ob Hanna wisse, wo sich Erik aufhalte; man mache sich Sorgen um ihn. Hanna täuscht einen Weinkrampf vor, klammert sich an die Frau, und in der Zeit, die die Wachen brauchen, um die Zellentür zu öffnen, bricht sie der falschen Marissa das Genick. Sie entwaffnet einen der hineinstürzenden Soldaten und schießt die Wachen nieder. Dabei verzieht sie keine Miene. Die echte Marissa verfolgt das Ganze geschockt über Livestream in Langley. Hanna flieht aus der Anlage in die Wüste von Marokko.
Auf ihrer Flucht trifft sie Sebastian und Rachel sowie deren Tochter Sophie und Sohn Miles. Noch in Marokko macht sie erste Erfahrungen mit Elektrizität und modernen Dingen in einer Unterkunft. Es macht ihr Angst, und sie flieht von dort.
Als sie später von Sophies Familie entdeckt wird, erzählt sie, dass sie auf dem Weg nach Berlin ist. Sie freundet sich mit Sophie an und reist als blinder Passagier im Bus der Familie mit. Zwischenzeitlich hat Marissa den Barbesitzer Isaacs angeheuert, damit dieser Hanna findet und einfängt. Er macht sich mit seinen zwei Komplizen auf und findet die Familie kurze Zeit später auf einem Campingplatz in Spanien. Von dort verfolgen sie die Reise der Familie, bis diese auf einem Parkplatz halt macht. Dort verlässt Hanna den Bus und wird von Isaacs und seinen Komplizen verfolgt. Bei einer Jagd im Containerterminal tötet sie einen der beiden Handlanger Isaacs' und entkommt dann. Marissa verhört die Familie von Sophie und bewegt den Sohn dazu, ihr zu verraten, dass sich Hanna auf dem Weg nach Berlin befindet.
Erik ist inzwischen in Berlin angekommen, wo er eine Postkarte von Hanna mit den Worten „Die Hexe ist tot.“, aus einem Postfach nimmt. Hanna hatte diese aus Marokko geschickt. In einer U-Bahnstation wird Erik von mehreren Männern angegriffen, die er jedoch allesamt tötet. Über ihre Funkgeräte erfährt er, dass Heller, also er selbst, nach seiner Gefangennahme, Wiegler zur Identifikation vorgeführt werden soll. Daraufhin spürt Erik sie in einem Hotel auf. Nach einem Schusswechsel durch eine geschlossene Zimmertür kann Marissa durch ein Fenster entkommen. In Berlin begibt sich Hanna, wie vorher mit ihrem Vater verabredet, zu Grimms Haus (im geschlossenen Freizeitpark „Spreepark“) und trifft dort einen früheren Freund von Erik, Rudolf Grimm, der dort lebt und sie schon erwartet. Er versorgt Hanna mit einem Ausweis. Während dieser ausgelassen zu Musik tanzt, werden die beiden von Marissa und ihrer Schlägertruppe überrascht. Hanna kann noch rechtzeitig in das Obergeschoss fliehen, wo sie sich unter einem Bett versteckt. Dabei erfährt sie, dass sie offenbar nicht die leibliche Tochter von Erik ist. „Herr Grimm“ wird von Marissas Leuten inmitten des Zimmers mit dem Kopf nach unten gehängt und von Isaacs mit Pfeilen getötet. Marissa selbst wird durch einen Anruf ihres Vorgesetzten aus dem Haus abgezogen, bevor sie Hanna finden kann. Diese macht sich auf den Weg zum Haus ihrer Großmutter.
Dort sieht sie das Bild ihrer Mutter, das von der Kugel getroffen wurde, mit der Marissa die Großmutter getötet hat. Kurze Zeit später stößt auch ihr vermeintlicher Vater Erik dazu, den Hanna fragt, ob er ihr leiblicher Vater sei. Dieser erklärt ihr den wahren Hintergrund ihres Daseins: Hanna ist die Tochter einer Frau, die von der CIA vor einer Abtreibungsklinik angeworben wurde. Als Teil eines Projektes wurde die DNS der Föten verändert, um sie stärker, schneller und immun gegen Gefühle wie Angst und Schmerz zu machen, um so den perfekten Soldaten zu schaffen. Das Projekt wurde von Marissa beendet und alle beteiligten Frauen und Kinder sollten getötet werden. Erik, der nicht zulassen wollte, dass Hanna und ihrer Mutter etwas zustößt, floh mit den beiden. Marissa tötete Hannas Mutter und Erik nahm sich der Tochter an. Mit dem Ziel, sie vor der CIA zu verstecken und sie für eine spätere Rache an Marissa auszubilden, lebte er mit ihr jahrelang in dem Versteck in Finnland.
In der Wohnung der Großmutter stellt Hanna Erik wegen seiner Vaterschaft zur Rede und gerät mit ihm in Streit, der in Kampf ausartet. Dabei werden sie von Marissa, Isaacs und dem verbleibenden Handlanger unterbrochen. Erik lenkt diese ab, damit Hanna fliehen kann. Es gelingt ihm, Isaacs und seinen Schläger zu töten, doch er wird von Marissa erschossen. Marissa verfolgt Hanna zurück in den Vergnügungspark. Die beiden stehen sich schlussendlich gegenüber. Hanna sagt, dass sie möchte, dass es endet; sie will Leuten nicht mehr weiter weh tun. Daraufhin wird sie von Marissa angeschossen, schießt im Gegenzug aber mit einem improvisierten Bogen einen Pfeil, mit dem „Herr Grimm“ getötet wurde, auf Marissa. Der Pfeil verletzt diese, und sie läuft vor Hanna davon. Dabei stürzt sie in der Abfahrt einer stillgelegten Wasserbahn und bleibt schwer verletzt liegen. Hanna erschießt sie mit den gleichen Worten vom Anfang des Filmes: „Ich habe dein Herz verfehlt.“
Quelle: Wikipedia