Фильм начинается ночью в парижском Лувре. Куратор музея Жак Соньер бежит по залам, спасаясь от загадочного убийцы — альбиноса Силаса. Силас требует от него раскрыть местонахождение некого ключа, связанного с «Приоратом Сиона», древним тайным обществом. Соньер, понимая, что его жизнь на исходе, устраивает целую сцену-головоломку: он оставляет на полу свое тело в позе Витрувианского человека Леонардо да Винчи, пишет на груди цифры, чертит пентаграмму и оставляет несколько зашифрованных подсказок.
На место преступления прибывает профессор Роберт Лэнгдон, американский специалист по символике, который читал в Париже лекцию. Капитан полиции Фаш сообщает ему, что он приглашён помочь расшифровать оставленные послания, но на самом деле подозревает самого Лэнгдона в убийстве. Внезапно появляется Софи Невё, криптограф из полиции и внучка Соньера. Она передаёт Лэнгдону скрытое сообщение: «Они следят. Вы в опасности». Вместе они бегут из музея, забрав ключ — криоплекс (небольшой цилиндр с кодом), который Соньер оставил специально для Софи.
Постепенно Софи и Роберт осознают, что Соньер принадлежал к Приорату Сиона — тайной организации, хранящей древнюю тайну, связанную с Граалем. Однако подлинный смысл Грааля оказывается вовсе не чашей, из которой пил Христос, а чем-то куда более шокирующим.
С помощью подсказок, спрятанных в картинах Леонардо да Винчи, герои отправляются по цепочке загадок: из Лувра — к банку Цюриха в Париже, где Соньер хранил загадочный криоплекс. Он открывается только при правильном пятибуквенном коде. Софи вспоминает детские воспоминания и догадывается, что код связан с её прошлым. В сейфе они находят не золото, а маленькую шкатулку с розеттой, внутри которой спрятана крошечная модель Грааля и послание, указывающее на следующее место — Лондон.
Тем временем Силас продолжает охоту по приказу таинственного Учителя, связанного с католической организацией «Опус Деи». Он фанатично верит, что служит Богу, уничтожая хранителей древней тайны. Его духовный наставник, епископ Аранжер, управляет им и помогает скрываться от полиции. Но истинные цели Учителя остаются неизвестны.
Лэнгдон и Софи ищут помощи у старого друга Роберта — сэра Ли Тибинга, британского историка, фанатика теории о том, что Грааль — это Мария Магдалина, жена Иисуса Христа, а её потомки живы и сегодня. Тибинг раскрывает Софи правду: Приорат Сиона веками защищал тайну рода Христова. Церковь же стремилась уничтожить эти сведения, поскольку они подрывают основы её власти.
Вскоре герои подвергаются нападению Силаса, но Лэнгдон и Софи вместе с Тибингом бегут в Великобританию на его частном самолёте. По пути они продолжают расшифровывать подсказки, скрытые в старинных текстах, анаграммах и символах. Ключевым становится стих из Евангелия, указывающий на храм-покой: Грааль покоится под розой.
В Лондоне они посещают внутренние помещения Вестминстерского аббатства, затем церковь Темпл и, наконец, Кингз-Колледж, где хранятся старинные манускрипты. Полиция продолжает охоту за ними, а Фаш по-прежнему уверен, что Лэнгдон — убийца. Однако постепенно капитан начинает сомневаться, видя несостыковки.
Развязка наступает, когда Софи и Роберт узнают, что именно Тибинг — Учитель, манипулировавший Силасом и епископом Аранжером. Он хотел раскрыть тайну Грааля и обнародовать её миру, считая, что церковь обманывает человечество. Тибинг готов даже убить, чтобы достичь цели. Силас, осознав, что его использовали, пытается сопротивляться, но получает смертельное ранение. Полиция арестовывает Тибинга.
После этого Софи и Роберт продолжают путь одни. Последняя подсказка ведёт их в капеллу Росслин в Шотландии. Там Софи вспоминает, что в детстве бывала в этом месте — и находит фотографии, подтверждающие: Соньер был её приёмным дедом. Настоящая тайна Грааля заключается в ней самой: Софи — потомок Иисуса Христа и Марии Магдалины, последний представитель святой династии, которую веками защищал Приорат.
Роберт понимает, что настоящий Грааль — не сосуд и не артефакт, а символ женского начала, крови и наследия Христа. Тайна не должна быть раскрыта грубо, ведь её сила — в вере и символизме. Лэнгдон обещает Софи хранить её происхождение в секрете.
В финале фильма Лэнгдон возвращается в Париж. Мы видим его, бреющегося в отеле, когда бритва случайно срезает кожу на подбородке — из капли крови он догадывается о последней подсказке Соньера. Он следует за линией Розовой оси, проходящей под Лувром, и спускается в подземную пирамиду. Камера останавливается над стеклянной пирамидой Лувра, под которой, как догадывается Лэнгдон, покоится гробница Марии Магдалины — истинный Святой Грааль.
Фильм завершается словами о вере, тайне и силе знания: некоторые истины должны оставаться скрытыми, чтобы сохранить равновесие между религией и человечеством.
