Depois de um divórcio traumatizante e bastante atribulado, Rachel (Emily Blunt) tenta retornar à sua vida. Todos os dias realiza a mesma viagem de comboio para o seu trabalho. Durante a viagem, observa as rotinas diárias das pessoas que vê do seu lugar à janela. Ao criar a fantasia de amor perfeito que imagina para um jovem casal, Rachel sente-se cada vez mais ligada aos dois desconhecidos.
Um dia, numa das suas viagens de rotina, vê algo que a deixa transtornada e que destrói toda a história de romance que tinha criado. Horas mais tarde, descobre que a mulher que observava está desaparecida e partilha as informações que assistiu com a polícia. Ao fazê-lo, torna-se a principal suspeita.