Die gebürtige Holländerin Margaretha Geertruida Zelle macht zur Zeit des Ersten Weltkriegs unter ihrem Künstlernamen Mata Hari (Jeanne Moraeu) in Paris Furore als erotische Nackttänzerin. Sie verkehrt in den obersten Kreisen und hat mehrere wohlhabende Liebhaber. Bei einem Empfang der Gräfin du Maine lernt sie Capitaine François Lasalle (Jean-Louis Trintignant) kennen, der ihr Geliebter wird. Doch dieses Treffen war kein Zufall, sondern wurde vom deutschen Geheimdienst eingefädelt, für den Mata Hari als Spionin tätig ist. Sie soll Unterlagen, die François bei sich trägt, einem Kontaktmann weitergeben, während ihr Geliebter schläft. Aber Mata Hari verliebt sich in François, der ihr bald auch einen Heiratsantrag macht, den sie aber ablehnt, da sie sonst ihre Spionagetätigkeit aufgeben müsste.

Nur unter Druck nimmt sie den nächsten Auftrag an. Man droht ihr, François würde etwas zustoßen, wenn sie nicht weiterhin mit den Deutsche zusammenarbeitet. Sie soll die Pläne eines französischen Munitionslagers aus einem Safe stehlen. Den Schlüssel zum Safe soll sie Colonel Pelletier bei einem Schäferstündchen entlocken. Der Plan gelingt, auch dank ihres Chauffeurs Julien, der ihr Beschützer und Komplize ist. Die Übergabe der Pläne soll in Barcelona stattfinden. Für die Reise muss Mata Hari bei der Bank in Paris Geld abheben, wo ihr die französischen Behörden eine Falle stellen und sie verhaftet. Ein Militärgericht verurteilt sie zum Tode. François wurde inzwischen von einer deutschen Patrouille getötet, und auch ihr Komplize Julien wurde verhaftet. Mata Hari wird in Vincennes von der französischen Militärpolizei hingerichtet.

Under her stage name Mata Hari Dutch-born Margaretha Geertruida Zelle (Jeanne Moraeu) causes a sensation as an erotic nude dancer in Paris during the First World War. She moves in the highest circles and had several wealthy lovers. At a reception hosted by the Countess du Maine, she meets Captain François Lasalle (Jean-Louis Trintignant), who becomes her lover. However, this meeting was no coincidence but was arranged by the German secret service, for which Mata Hari works as a spy. She is supposed to give documents that François carries with him to a contact man while her lover is sleeping. But Mata Hari falls in love with François, who soon proposes to her, but who she rejects, otherwise she would have to give up her espionage activities.

Only under pressure does she accept her next assignment.The Germans threaten that something will happen to François if she does not continue to cooperate. She is supposed to steal the plans of a French ammunition depot from a safe. The key to the safe is in the possession of Colonel Pelletier who she is supposed to seduce, so she can take it from him while he is sleeping. The plan succeeds, also thanks to her chauffeur Julien, who is her protector and accomplice. The plans are to be handed over in Barcelona. For the trip Mata Hari has to withdraw money from the bank in Paris, where the French authorities set a trap up for her and arrest her. A military court sentences her to death. François has since been killed by a German patrol and her accomplice Julien has also been arrested. Mata Hari is executed in Vincennes by the French military police.