《雅典娜：无间谍局》中，韩国反恐局最优秀的特工李正宇（郑雨盛饰）偶然结识了情报局展厅向导尹惠仁（秀爱饰），并迅速被她吸引。然而，无论李正宇如何主动示好，惠仁始终像一座冰山般冷漠拒绝。随着接触增多，他逐渐察觉到，惠仁似乎背负着不为人知的身世，因此刻意与所有人保持距离。
此时，韩国自主研发最新核反应堆正处于关键阶段。对秘密组织“雅典娜”而言，这一消息无异于晴天霹雳。该组织长期掌控全球能源市场，为维护自身统治，不惜策划恐怖袭击，甚至挑起战争。韩国因此成为他们必须排除的目标。
为了阻止韩国继续研发，“雅典娜”派出核心成员孙赫（车胜元饰）展开行动。孙赫身为美国情报局东亚分部部长，借职务之便被派回韩国，表面上声称协助韩方工作，暗中却大肆搜集整个东亚有关核反应堆研发的最新情报。为掩盖组织踪迹，他甚至不惜大开杀戒，清除所有了解“雅典娜”存在的人，以及被韩国反恐局发现的组织成员。
一连串诡异案件接连发生，引起韩国反恐局的怀疑。随着调查深入，李正宇等人开始沿着蛛丝马迹追查幕后真相，而尹惠仁隐藏的过去，也逐渐浮出水面。
