Jyn Erso phải chạy trốn sau khi cha cô, nhà khoa học Galen Erso, bị Orson Krennic ép phải làm việc cho Đế chế để hoàn thành vũ khí hủy diệt tối thượng Ngôi sao Tử thần. Mười lăm năm sau, Galen sắp đặt cho Bodhi Rook, một phi công chở hàng đào thoát của Đế chế, chuyển một tin nhắn cho quân Nổi dậy. Trong khi đó, Jyn–nay đã trưởng thành–bị bắt bởi Đế chế, và được quân Nổi dậy cứu, nhằm dùng cô để truy tìm Galen và ngay sau khi tìm được sẽ giết ông ấy để vũ khí không được hoàn thành. Jyn cùng sĩ quan Cassian Andor (Diego Luna) và người máy K-2SO (Alan Tudyk) đi tìm Galen; Andor thực chất được bí mật giao nhiệm vụ giết ngay Galen sau khi tìm được.

Trong cuộc truy tìm, Jyn gặp lại người đã cưu mang cô và là bạn của cha mình, Saw Gerrera, người đã bắt được Rook và có thông điệp hình ảnh ba chiều mà Galen gửi cho Jyn. Đoạn tin nhắn cho thấy tình cảm của cha cô dành cho cô và cho thấy sự cưỡng chế của ông khi hoàn thành dự án. Thông điệp tiết lộ rằng bản thiết kế Ngôi sao Tử thần có chứa một điểm yếu mà nhờ đó có thể hủy diệt trạm và nó đang được cất ở trong một ngân hàng lưu trữ bảo mật trên hành tinh Scarif.

Cùng lúc đó, trên trạm Ngôi sao Tử thần, Grand Moff Tarkin gặp Krennic và hoài nghi về sức mạnh của Ngôi sao Tử thần. Krennic thể hiện sức mạnh của trạm không gian bằng cách phá hủy thành phố Jedha với số lượng lớn quân Nổi dậy. Saw chết. Tarkin tìm cách vi phạm an ninh như một cái cớ để lấy dự án từ tay Krennic.

Tại một nhà máy nghiên cứu của Đế chế, Krennic biết về việc một phi công đào thoát và một vi phạm an ninh đã diễn ra. Galen nhận trách nghiệm và bị thương sau một cuộc dội bom lớn của quân Nổi dậy. Galen chết trong vòng tay của Jyn sau khi cô tìm được ông. Tại căn cứ phiến quân, Jyn đề xuất một kế hoạch để ăn cắp bản thiết kế Ngôi sao Tử thần từ cơ sở Scarif, nhưng không có cách nào để xác minh sự thật và không có sự đồng thuận giữa quân nổi dậy. Không được ủng hộ, Jyn, Cassian, K-2SO và nhóm nổi dậy gồm Rook, chiến binh Chirrut Îmwe và sát thủ Baze Malbus và các phiến quân nổi dậy quyết định tự mình công kích Scarif và lấy bản thiết kế. Trong khi ba người đang tìm bản thiết kế thì những người còn lại đánh lạc hướng quân đội Stormtrooper ở phía ngoài. Họ được sự giúp đỡ của quân Nổi dậy, phá trạm không gian điều khiển các cổng chắn trên Scarif. Jyn tìm được bản thiết kế, nhưng K-2SO phải niêm phong bên trong hầm để có đủ thời gian cho cô hoàn thành tìm kiếm. Để làm tăng thời gian, K-2SO đã phải hi sinh. Còn về Chirrut và Baze, lúc ấy Rook cần phải kích hoạt công tắc ngoài giữa chiến trường, Chirrut đã làm điều đó theo Thần Lực và đã thành công. Nhưng sau khi hoàn thành, ông đã bị quân Đế chế bắn hạ. Baze rất tức giận và tiêu diệt toán quân Deathtrooper và Stormtrooper. Và rồi một Deathtrooper đã kích hoạt bom làm cho Baze ra đi cùng người bạn Chirrut của mình. Ngay lúc ấy, Jyn Erso đối mặt với Krennic và hắn biết được sự thật của thông tin mà Galen gửi. Krennic tuyên bố chiến thắng của Đế chế, và bị bắn bởi Andor.

Nhận được tin cuộc tấn công, Tarkin quyết định sử dụng Ngôi sao Tử thần để phá hủy toàn bộ Scarif. Jyn sử dụng máy phát của căn cứ để truyền thông tin cho tàu chỉ huy của quân Nổi dậy nhưng cô và Andor cùng hi sinh trước cảnh Ngôi sao Tử thần hủy diệt căn cứ. Con tàu bị chặn đứng bởi quân Đế chế cùng với Darth Vader. Trước khi toàn bộ con tàu bị bắt giữ, thì một tàu thoát hiểm được phóng ra đem theo bản kế hoạch. Trên con tàu thoát hiểm, bản kế hoạch được đưa cho Công chúa Leia.