In het huidige door president Vladmir Putin geregeerde Rusland, moet Russisch geheim agente Dominika Egorova (Lawrence) zien te overleven in de post-Sovjet jungle van de geheime diensten. Tegen haar wil krijgt ze de opdracht om te fungeren als een 'Sparrow', een getrainde verleidster. Aan Dominika nu de taak om de Amerikaanse CIA-agent Nathaniel Nash (Edgerton te verleiden. Nash is een contactpersoon van de belangrijkste Russische spion, die de Russen hoe dan ook willen ontmaskeren.
Francis Lawrence, die Jennifer Lawrence (geen familie) eerder regisseerde in de laatste drie Hunger Games-films, zal Red Sparrow regisseren. Het script werd geschreven door Eric Warren (American Hustle) en Justin Haythe (Revolutionary Road). Chernin Entertainment zal de film samen met Steve Zaillian en Garrett Basch produceren.