Basada en el libro homónimo de Mark Greenway, la adaptación de Los hermanos Russo de El hombre gris sigue a un agente sin expediente desde hace 25 años. Su nombre es Six (Ryan Gosling). Es el último agente del desaparecido programa Sierra, dirigido por su mentor Donald Fitzroy (Billy Bob Thornton). Donald lo sacó de la cárcel por haber matado a su padre maltratador para ser agente secreto. Esto es como Atrápame si puedes, pero más mortal.

Como acaba El agente invisible

Mientras está en una misión con su compañero Dani (Ana de Armas), su objetivo le entrega la información sobre los negocios ilegales de la CIA. Este objetivo era también un antiguo agente de Sierra llamado "Cuatro". Esta era la verdadera misión de la operación que a Seis se le ocultó. El cerebro del plan es Denny Carmichael (Regé-Jean Page). Su mano derecha es Suzanna Brewer (Jessica Henwick). El taimado Carmichael la mantiene cerca por si necesita un agente caído si algo sale mal.

Seis envía en secreto la información a Donald y luego la envía a su antiguo aliado en Portugal, Maurice Cahill (Alfre Woodard), que está retirado y se está muriendo de cáncer de pulmón. Carmichael contrata a un psicópata en nómina al que le gusta demasiado su trabajo. Ese hombre es Lloyd (Chris Evans), que supervisa el rastreo de las pruebas condenatorias. Secuestra a la sobrina de Fitzroy, Claire (Julia Butters). Donald entrega a Seis, que se encuentra en un transporte que le ha preparado. (Más tarde, se comunica que se entendía que Seis sobreviviría al ataque, pero eso significa que Donald renunció a un equipo en el que confiaba). Sin embargo, Lloyd y la CIA no se dan cuenta de que Donald y Claire son la única "familia" en la vida de Seis.

Cuando Seis sobrevive al ataque en el vuelo, es atrapado por un falsificador de documentos ilegales, pero antes este hombre le da el número de serie del marcapasos de Claire. (Más tarde lleva ese número a un hospital donde Seis rastrea para localizarla). Ese falsificador lo atrapa y llama a Lloyd para pedir la recompensa, pero Dani lo salva después de que Carmichael la acuse de ayudar a Seis. (Ella averigua su ubicación mirando el reflejo de los mensajes de texto en sus gafas).

Cuando finalmente abandonan Alemania y llegan a Praga para reunirse con Maurice (todo ello mientras Llyod tortura a Donald para conseguir información de sus antiguos colegas), ella revela lo que había en esos archivos del gobierno. Incluyen asesinatos no sancionados, homicidios y atentados. El equipo de Lloyd asalta su casa, pero Dani y Seis escapan con la información. Maurice se queda atrás. Como sólo le quedan unos meses de vida, se hace explotar con la mayoría de los malos con ella. ¿Cómo? Llena la casa con el gas de su estufa y enciende su zippo.

De repente, mientras la voz de Lindsay pide a ese pájaro plateado que se la lleve, un hombre abre la puerta. Es Seis, y le pregunta a Claire si "¿puede mascar chicle aquí?". Ella empieza a llorar y le abraza. Seis y Claire abandonan entonces el piso franco en coche.