Cựu đặc vụ ngầm của CIA, Jason Bourne (Matt Damon), trốn chạy khỏi sự truy bắt của lực lượng cảnh sát Moskva sau vụ bắn nhau với đặc vụ Kirill của FSB (trong phần trước của phim là The Bourne Supremacy). Sáu tuần sau, phóng viên của tuần báo Guardian Simon Ross (Paddy Considine) gặp gỡ nguồn tin để thảo luận về Bourne và chiến dịch Treadstone. Cơ quan CIA bắt đầu theo dõi Ross khi anh để lộ mật tín về Chiến dịch Blackbriar khi đang nói chuyện điện thoại. Bourne đến Paris để thông báo cho anh của Marie (Daniel Brühl) về cái chết của cô và anh hứa sẽ tìm cho ra thủ phạm của vụ này. Tại Luân Đôn, Bourne gặp Ross để điều tra về Treadstone, khi anh nhận ra CIA đang theo dõi Ross, anh đã giúp Ross thoát khỏi cuộc truy bắt, nhưng Ross không nghe lời của Bourne và bị sát thủ của ‘’Chiến dịch Blackbriar’’ Paz (Édgar Ramírez) do Trưởng chiến dịch Noah Vosen (David Strahairn) ra lệnh bắn chết tại ga Waterloo Station.

Giám đốc CIA Ezra Kramer (Scott Glenn) yêu cầu Pamela Landy (Joan Allen), người đã thành côn trong việc truy lùng Bourne 6 tuần trước tham gia vào chiến dịch của Vosen để bắt Bourne. Sau khi đọc lại tài liệu của Ross, họ phát hiện ra nguồn thông tin của anh chính là Neal Daniels (Colin Stinton), trưởng chi nhánh CIA ở Madrid và cũng là thành viên của ‘’Chiến dịch Treadstone’’ và ‘’Blackbriar’’. Bourne dựa trên tài liệu của Ross cũng tìm đến Madrid nhưng không thấy Daniels. Nhưng anh lại gặp Nicky Parsons (Julia Stiles), cựu chuyên viên kỹ thuật của ‘’Treadstone’’ sau khi anh hạ được hai mật vụ do Vosen và Landy gửi đến. Cô quyết định giúp đỡ Bourne thoát khỏi đội mật vụ đang đến bắt anh và chỉ cho anh chỗ của Daniels ở Tangier, Maroc. Cô cũng gợi ý cho Bourne về mối quan hệ tình cảm của họ trước khi Bourne mất trí nhớ, nhưng anh không có chút cảm giác nào.

Sau khi đến Tangier, Parsons đột nhập vào cơ sở dữ liệu của CIA để định vị Daniels nhưng bất thành, Bourne kêu cô tìm hiểu để theo dấu của sát thủ Desh Bouksani (Joey Ansah) để tìm Daniels. Vosen biết được việc đột nhập của Nicky và ra lệnh cho Desh giết cô và Bourne sau khi hoàn thành Daniels, Landy không đồng ý với quyết định đó, bà đã gọi cho Kramer nhưng không được, và được biết Kramer dùng bà để làm con tốt cho vụ việc này. Bourne theo Desh tìm Daniels nhưng anh thất bại trong việc ngăn chặn Desh giết Daniesl. Desh bắt đầu đi tìm và tiêu diệt Parsons, nhưng Bourne đã giết được Desh trước khi hắn kịp làm gì cô. Sau khi tìm được địa chỉ của văn phòng mật CIA, Bourne lên đường đến New York để tìm Vosen.

Bourne đến New York và gọi cho Landy, Vosen biết được và nghe lén cuộc gọi này. Landy cảm ơn Bourne cho cuốn băng ghi âm mà anh đã đưa về vụ tham nhũng của trưởng chiến dịch ‘’Treadstones’’ Ward Abbott, bà đã cho Bourne biết tên thật của anh là David Webb và ngày sinh là 15 tháng 4 năm 1971. Bourne đã dụ Vosen ra khỏi văn phòng bằng cách hẹn Landy địa điểm khác. Sau khi biết được Bourne đang ở ngay New York, Vosen ra lệnh cho toàn đội theo dõi Landy do chính ông trực tiếp chỉ huy hiện trường. Bourne đã đột nhập vào trong văn phòng của Vosen và lấy hết toàn bộ tài liệu về Blackbriar. Sau khi biết vụ việc, Vosen ra lệnh toàn đội tìm và diệt Bourne ngay khi bắt được. Bourne có cuộc rượt đuổi tốc độ với Paz ngay giữa thành phố New York, kết quả là Bourne thoát được. Bourne chĩa súng thẳng vào Paz nhưng không giết anh và tiếp tục đi đến Trung tâm huấn luyện cũ ở 415 Đông đường 71 theo sự gợi nhớ mờ ảo trong đầu anh. Vosen nhận ra mật mã của Landy và gọi cho Tiến sĩ Albert Hirsch (Albert Finney), người sáng lập ra trường huấn luyện sát thủ với Bourne là người đầu tiên.

Landy gặp Bourne bên ngoài toà nhà và xác nhận với Bourne rằng bà tham gia CIA không phải để làm những chuyện như vậy, những chiến dịch ‘’Treadstone’’ và ‘’Blackbriar’’ không có sự tham gia của bà. Bourne đưa hết tập tài liệu của ‘’Blackbriar’’ cho Landy và đi vào bên trong. Landy đã gửi fax đến một cơ quan điều tra liên quan trước khi Vosen kịp trở tay. Bourne gặp Hirsch, và anh nhớ ra mọi thứ từ trước đến nay liên quan đến anh. Khi đội của Vosen đến thì anh đã chạy trốn lên mái nhà, tại đó anh có cuộc chạm mặt với Paz. Anh đã thuyết phục Paz rằng chiến dịch này là vô nghĩa và anh sẽ không có kết cục tốt. paz hạ vũ khí xuống để cho Jason nhảy xuống sông, nhưng Vosen kịp lên và bắn Bourne trước khi anh gieo mình xuống sông Đông.

Sau đó, Landy đã ra làm chứng tại phiên điều trần trước Nghị viện về sự sai trái của chiến dịch ‘’Blackbriar’’. Parsons xem tin tức trên truyền hình về vụ bắt giữ Hirsch và Vosen, cũng như điều tra hình sự về Kramer khi cho phép chiến dịch này, cũng như về tung tích của David Webb, được biết dưới tên Jason Bourne sau khi anh bị bắn và ngã xuống sông Đông. Nhưng sau 3 ngày tìm kiếm, họ vẫn không thấy xác của Bourne, Parsons mỉm cười vì cô biết Bourne đã thoát; ở cảnh cuối ta có thể thấy Bourne tỉnh dậy và bơi đi sau khi anh ngã.