Basada en las novelas de Luke Jennings, Killing Eve se centra en dos mujeres muy diferentes. Eve es una ingeniosa agente del MI5 cuyo aburrido trabajo se aleja de su sueño de ser espía. Villanelle es una asesina experta que disfruta de los lujos que su violento trabajo le brinda. Estas dos inteligentes e intensas mujeres se enfrentarán en un épico juego del gato y el ratón.

La brillante y frágil detective Amy Silva (Suranne Jones) es enviada al submarino HMS Vigil para investigar la misteriosa muerte de uno de sus tripulantes. Cuando la escotilla se cierra encima de su cabeza, la realidad que encuentra es muy distinta a lo esperado. Dentro del submarino el secretismo, las jerarquías y el claustrofóbico escenario complican la investigación, y la tripulación se muestra reacia a colaborar. Mientras tanto, en tierra, su compañera y confidente Kirsten Longacre (Rose Leslie) hace sus propias indagaciones. El caso pronto trasciende las paredes del submarino y desvela una conspiración que amenaza el corazón mismo de la seguridad nacional británica.