12 años después de desenmascarar la Operación Blackbriar y desaparecer, Jason Bourne se ha recuperado por fin de su amnesia, aislándose del mundo y ganándose la vida participando en salvajes combates a puño limpio en Grecia. En Reikiavik, Nicky Parsons, que ha estado colaborando con un grupo de hacktivistas liderado por Christian Dassault, hackea el servidor informático principal de la CIA para exponer sus programas de operaciones negras. Esto alerta a Heather Lee, la jefa de la división de operaciones de ciberseguridad de la agencia, y al director de la CIA, Robert Dewey. En el proceso, Parsons encuentra documentación relativa al reclutamiento de Bourne en Treadstone y al papel de su padre en el programa. Viaja a Atenas para encontrarlo e informarlo.

En Grecia, Parsons y Bourne se encuentran en la plaza Syntagma durante una violenta protesta antigubernamental. Evaden los equipos de la CIA enviados tras ellos, pero Parsons es abatido por el Activo, un ex asesino de Blackbriar que también guarda un rencor personal contra Bourne, al haber sido capturado y torturado como consecuencia involuntaria de la exposición de Bourne sobre Blackbriar. Antes de morir, Parsons le entrega a Bourne la llave de una taquilla que contiene los archivos de la CIA.

Buscando respuestas sobre su pasado y su familia, Bourne localiza a Dassault en Berlín. Al desencriptar los archivos de Parsons, Bourne descubre que su padre, Richard Webb, fue un analista de la CIA que participó en la creación del programa Treadstone. Un programa malicioso implantado en los archivos da a la CIA la ubicación de Bourne, y Dewey envía un equipo para capturarlo, mientras Lee borra los archivos a distancia. Dassault ataca a Bourne, pero es incapacitado. Lee avisa a Bourne de que el equipo se está acercando, ya que cree que se le puede convencer de que vuelva a la agencia. Utilizando las pocas pistas que reunió en Berlín, Bourne sigue la pista de Malcolm Smith, un antiguo agente de vigilancia de Treadstone, en Londres y arregla un encuentro con él en Paddington Plaza.

Lee convence al jefe de Dewey, Edwin Russell, el Director de Inteligencia Nacional, para que le permita ponerse en contacto con Bourne en persona para intentar traerlo de vuelta. Dewey, que se opone a su plan, autoriza en secreto al Activo a eliminar a su equipo y matar a Bourne. Bourne evade a Lee y al Activo el tiempo suficiente para enfrentarse a Smith. A pesar de las amenazas proferidas por Dewey a través de su auricular, Smith admite que Richard Webb creó Treadstone, pero trató de impedir que reclutaran a su hijo. Bajo las órdenes de Dewey, el Activo mató a Richard Webb en Beirut, haciendo que pareciera un ataque terrorista, para engañar a Bourne haciéndole creer que Webb había sido asesinado por terroristas y así motivar a Bourne a unirse a Treadstone. Smith es asesinado por el Activo, mientras que Bourne escapa y encuentra a Lee. Ésta admite que no se siente cómoda con los métodos de Dewey y dirige a Bourne a una convención tecnológica en Las Vegas.

Dewey tiene previsto asistir a la convención para mantener un debate público sobre los derechos de privacidad con Aaron Kalloor, director general del gigante de las redes sociales Deep Dream. Kalloor es la cara pública de la responsabilidad social corporativa en la era de Internet, pero fue financiado en secreto por Dewey en la etapa de inicio. Dewey pretende utilizar Deep Dream para la vigilancia masiva en tiempo real junto con la última encarnación del programa 'Beta' de asesinatos selectivos de la CIA, conocido como "Mano de Hierro", una versión mucho más despiadada y siniestra de Blackbriar en la que el asesino puede asesinar intencionadamente a cualquiera para llegar al objetivo. Cuando Kalloor se arrepiente de haber dado a la CIA acceso a Sueño Profundo, Dewey autoriza al Activo a asesinar a Kalloor y a Lee, habiendo descubierto su conspiración momentos antes. Bourne frustra los asesinatos y se enfrenta a Dewey en su suite. Dewey apela al sentido de patriotismo de Bourne mientras gana tiempo, antes de que su mano derecha Craig Jeffers intervenga. Bourne mata a Jeffers, sólo para recibir un disparo en el proceso; sin embargo, se salva cuando Lee mata a Dewey de un disparo antes de que pudiera disparar a Bourne. Después de cubrir la implicación de Lee en la muerte de Dewey, Bourne persigue al Activo en el Strip de Las Vegas y lo persigue hasta las alcantarillas después de que ambos acaben estrellándose en un casino; se enzarzan en una salvaje pelea que acaba con Bourne rompiendo el cuello del Activo, matándolo y vengando a su padre y a Parsons.

Después, Lee convence a Russell de que los métodos de Dewey eran anticuados y se ofrece como sustituta de Dewey como director de la CIA y como ojos y oídos de Russell dentro de la CIA. Expone su plan de utilizar la confianza de Bourne para traerlo de vuelta a la agencia, pero está preparada para matarlo si se niega. Lee se reúne con Bourne y le promete que la CIA se convertirá en la organización que él pensaba que era cuando se unió a ella. Bourne le pide tiempo para considerar su oferta y se marcha. Lee vuelve a su coche y encuentra una grabación, hecha por Bourne, de la conversación que tuvo con Russell y que revela sus verdaderas intenciones sobre el asesinato de Bourne, ya que dice "...entonces, habrá que acabar con él". Lee se da cuenta de que ha perdido su oportunidad de controlar a Bourne mientras éste se aleja y desaparece de nuevo.