1917년 10월 14일 밤, 사형 집행을 기다리고 있는 마타 하리. 20세기 초 가장 유명했던 댄서의 짧고 강렬했던 삶이 저물고 있는 가운데 마타 하리는 눈을 감고 지난날을 회상한다. 네덜란드 식민지군 장교 매클라우드와 결혼한 마타 하리는 인도네시아 자바섬에서 불행한 결혼 생활을 보낸다. 그곳에서 현지의 아름답고 매혹적인 춤을 접하게 되고, 다시는 딸을 만나지 못할 각오로 자유를 찾아 프랑스 파리로 떠난다. 새로운 길을 찾고자 떠난 파리에서 변호사이자 평생의 친구로 지낼 클뤼네와 댄서로 활동할 수 있도록 도와줄 극장주 아스트뤽을 만나 파리 사교계에 발을 들인다. 신비롭고 이국적인 춤을 추는 마타 하리가 등장하자 대중은 열광했고, 그녀는 하루아침에 유명인사가 되어 엄청난 부를 얻는다.

마타 하리의 인기는 오래가지 못했다. 유럽을 뒤흔들고 있던 ‘발레 뤼스’에 합류하고 싶었으나, 발레 뤼스의 디아길레프로부터 거절당한다. 큰 실망감에 빠진 마타 하리는 러시아의 젊은 장교 마슬로프를 만나면서 행복을 되찾고 그를 진심으로 사랑하게 된다. 그러나 제1차 세계대전이 발발하면서 마타 하리의 무용수 인생은 완전히 끝이 났고, 프랑스 정보국장 라두로부터 스파이 제안을 받은 적이 있던 마타 하리는 독일과의 접촉이 빌미가 되어 결국 체포된다. 마타 하리는 재판이 진행되는 동안 무죄를 입증하지 못했고, 누구도 도움의 손길을 건네지 않는다. 마슬로프마저 마타 하리를 배신하자 그동안 자신을 스쳐 간 많은 사람을 떠올리며 회의감에 젖은 채 죽음을 맞이한다.

-인도네시아 자바섬에서- 

매클라우드 : 마타 하리의 남편, 네덜란드 식민지군 장교

루이스 : 마타 하리의 딸

젊은 장교 : 마타 하리와 춤을 함께 추며 짧은 순간 사랑에 빠짐

-프랑스 파리에서-

마슬로프 : 마타 하리가 유일하게 사랑한 러시아 장교

클뤼네 : 마타 하리의 평생 친구 변호사

아스트뤽 : 마타 하리가 댄서로 활동할 수 있게 돕는 극장주/기획자

루소 : 마타 하리의 애인 은행가

라두 : 마타 하리에게 프랑스 스파이를 제안하는 프랑스 정보국 대위

칼레 : 마타 하리에게 독일 스파이를 제안하는 독일군 장교

디아길레프 : 발레 뤼스의 설립자, 마타 하리의 발레 뤼스 합류를 거절함

니진스키&카르사비나 : 발레 뤼스의 무용수