故事发生在1990年代的中国，大丽花（张译饰）是一位普通的图书管理员，偶然间发现一本名为《红皮书》的特殊文件，里面记录了大量敏感的政治资料。随着调查的深入，大丽花发现自己卷入了一场关于国家机密和人性的复杂斗争。

王俊凯饰演的青年学者秦海璐则帮助大丽花解开了《红皮书》的秘密，两人在追寻真相的过程中，经历了重重困难和危险。李光洁饰演的反派角色则试图阻止他们，使得整个故事充满了紧张和悬疑。