סוכנת חשאית הוא סיפור חייה של אמריליס פוקס, שבגיל 21 בלבד גויסה ל-CIA והפכה לסוכנת שטח. היא חושפת חלק משיטות העבודה של ארגון הביון החזק בעולם ומגלה פרטי מבצעים מסווגים ומרתקים, וגם את ההשפעה שיש לחיים ששולטים בהם סודיות ושקרים על הנפש.
לאחר פיגועי 11 בספטמבר, ולאחר שידידה העיתונאי דניאל פרל נחטף ונרצח בפקיסטן, אמריליס פוקס מחליטה להיענות להזמנת ה-CIA להצטרף לשורותיו. היא נשלחת לקורס השטח של ה-CIA, תוכנית ההכשרה המבצעית היוקרתית ביותר בעולם, ובסופו היא נבחרת לאחד התפקידים הקשים בארגון: לשרת כסוכנת בכיסוי לא רשמי – סוכנת שעובדת לבד בשטח, ללא חיפוי של משלחת דיפלומטית ותחת זהות בדויה. במסווה של סוחרת אמנות שבטית, פוקס נודדת ברחבי העולם ויוצרת קשרים עם שורה של אנשים מסוכנים במטרה למנוע מנשק אטומי, כימי וביולוגי ליפול לידיהם של ארגוני טרור.
מוּנעת מתחושת שליחות עמוקה, פוקס ממשיכה בתפקידה המסוכן גם אחרי הולדת בתה. היא מבצעת מסלולים לגילוי עיקוב עם התינוקת צמודה במנשא אל חזהּ, רושמת סיכומי פגישות עם סוחרי נשק בעוד הילדה ישנה בידיה ותוחבת ניירות מסווגים לתיק החיתולים שלה. ובכל זאת, אחרי שנים של חיים בזהות בדויה, פוקס מתחילה לתהות אם זוהי הדרך הנכונה להגן על בתה ועל מולדתה.