Inspirert av en ekstraordinær, men sann historie forteller Red Joan om en ung kvinners offer under utrolige forhold. I en liten landsby i England lever Joan Stanley (Oscar®vinner Judi Dench) en rolig pensjonisttilværelse. En dag brytes freden da MI5 står på døren for å arrestere henne. Joan har i over 50 år skjult en utrolig fortid som en av de mest innflytelsesrike spionene i moderne historie. Cambridge University i andre halvdel av 1930-tallet. Den unge Joan (Sophie Cookson) studerer fysikk og blir intenst forelsket i den forførende russiske Leo. Gjennom ham får hun et nytt, modent blikk på verdenssamfunnet og forstår at det må reddes fra seg selv i jakten på militær makt. Etter krigen jobber Joan som fysiker på et topphemmelig forskningsanlegg. Her tvinges hun til å ta stilling til et nærmest umulig valg: Hvor langt er hun villig til å gå for å redde alt hun elsker? I ytterste konsekvens kan vi kanskje takke Joan for vår frihet?