《明星间谍》讲述了索尼娅·威格特的传奇经历。二战前，她曾是风靡一时的歌手和演员，凭借出色的社交能力以及流利的德语、英语和法语，引起了瑞典军方的注意。德国侵占挪威后，瑞典担心德军会以“防止盟国干涉”为借口进一步入侵本国，于是希望借助索尼娅的身份和才能，获取德国方面的军事情报。
纳粹高官约瑟夫·特博温非常迷恋索尼娅。索尼娅利用精湛的演技取得他的信任，成为他的情妇，并以代号“比尔”为瑞典持续传递德国情报。随着战事发展，特博温也要求她为德国效力，窃取瑞典及挪威抵抗组织的情报。索尼娅不愿替德国工作，但特博温抓住她的父亲作为人质，迫使她表面上接受命令。无奈之下，她假装成为德国间谍，暗中继续为瑞典和盟军搜集情报。
与此同时，瑞典军方一直在追查代号“玛丽亚”的德国潜伏特务。索尼娅发现，身边一名爱慕自己的男子安道尔十分可疑，他藏有一个秘密公文包，里面装着多张海岸线照片。巧合的是，她也在特博温的公文包中发现了同样的照片。顺着这条线索，索尼娅与瑞典军方展开调查，最终确认了“玛丽亚”的真实身份，并帮助瑞典捣毁纳粹德国在境内的情报网络。
直到最后，索尼娅的真实身份依然没有暴露。她为战争胜利付出的个人牺牲，也始终不为公众所知。在看不见硝烟的情报战场上，胜利往往不会换来掌声。
