Bajo la hipnotizante belleza de Anna Poliatova yace un secreto que le permite desatar una imparable agilidad y fuerza y convertirse en una de las asesinas más temidas por los gobiernos del mundo.
En el siglo XXVIII, Valerian (Dane DeHaan) y Laureline (Cara Delevingne) son un equipo de agentes espaciales encargados de mantener el orden en todos los territorios humanos. Bajo la asignación del Ministro de Defensa, se embarcan en una misión hacia la asombrosa ciudad de Alpha, una metrópolis en constante expansión, donde especies de todo el universo han convergido durante siglos para compartir conocimientos, inteligencia y culturas. Pero hay un misterio en el centro de Alpha, una fuerza oscura amenaza la paz en la Ciudad de los Mil Planetas.
Anna, una atractiva y enigmática mujer, junto a su grupo de ayudantes secuestra al padre de Frank Martin mientras éste le hacía una visita en el sur de Francia. Lo hacen para obligarle a que les ayude a destruir una organización rusa que se dedica al tráfico de personas.