Sam Hunter (Melissa George) ist eine Spionin, die für eine private Geheimdienstorganisation namens Byzantium arbeitet. Da sie ein Verhältnis mit ihrem Kollegen Aidan Marsh (Adam Rayner) hat und von ihm schwanger ist, vereinbart sie nach einem erfolgreichen Einsatz, ein Treffen mit ihm in einer abgelegenen Bar. Es tauchen jedoch bewaffnete Männer auf und während des darauffolgenden Kampfes, wird Sam in den Bauch geschossen. Obwohl ihre Leiche nie gefunden wird, wird sie für tot erklärt.
Ein Jahr später jedoch – die körperliche Wunde ist verheilt, das Baby verloren – steht Sam wieder in der Byzantium Zentrale vor ihrem Chef Rupert Keel (Stephen Dillane) und meldet sich zum Dienst. Nach kurzem Zögern wird ihr bald ein neuer Auftrag übertragen. Während ihrer offiziellen Aufgabe wird Sam ab jetzt alles tun um herauszufinden, wer sie damals in eine Falle gelockt hat und warum. Vertrauen will sie dabei Niemanden, die gegenseitige Jagd hat somit gerade erst begonnen.