Il film inizia con la fuga di un uomo da tre inseguitori e per sfuggirgli si dirige in un campanile di Firenze; l'uomo si rivela essere Bertrand Zobrist, uno scienziato transumanista e fanatico di Dante che si pensa sa abbia creato un virus della peste. Quando viene raggiunto dai tre uomini che gli chiedono dove è nascosto il virus ma Zobrist si getta dal campanile e muore.

Diversi giorni dopo Robert Langdon si sveglia in un ospedale a Firenze, senza ricordare ciò che gli è avvenuto negli ultimi giorni. Al risveglio incontra la dottoressa Sienna Brooks e il dottor Marconi che gli spiegano che qualcuno ha tentato di sparargli e gli ha provocato un'amnesia temporanea; all'improvviso irrompe Vayentha che uccide Marconi e costringe Langdon e Sienna al fuggire a bordo di un taxi, dove Langdon ha delle visioni incentrate sull'Inferno di Dante. Giunti a casa di Sienna questa esce per cercare dei vestiti per Langdon, il quale apre il PC di Sienna e consultare il proprio indirizzo mail, dove trova una mail da parte di Ignazio Busoni e legge che l'amico è ricercato dalla polizia e che ciò che hanno rubato si trova al sicuro, e lascia scritto sotto un indizio: "paradiso 25". Al ritorno di Sienna Langdon nota di non avere al polso il suo orologio di Topolino; Langdon trova una biocapsula usata per trasportare materiale biologico e la apre trovando un mini proietore che proietta la mappa dell'Inferno di Dante disegnata da Botticelli ma nota che è stata modificata da Zobrist, infatti trovano il primo indizio che porta al virus: un anagramma della parola "cercatrova"; Langdon decide di chiamare il consolato americano che promettono di inviare un agente a prelevarlo. Nello stesso momento la squadra SRS, capitanata da Christoph Bouchard rintraccia Langdon e si dirigono a prenderlo.
In quel momento a bordo di una nave una figura nota come il "Rettore", che si scopre essere l'alleato di Zobrist, chiede di vedere il video consegnatogli da parte sua e che dovrà essere trasmesso l'indomani secondo volontà dello scienziato, in quanto convito di non avere fatto la cosa giusta e per timore che il filmato includa dei riferimenti alla sua associazione.

Quando però Langdon e Sienna vedono arrivare Vayentha capiscono di essere nel mirino del loro stesso governo e quando vedono arrivare anche la squadra SRS fuggono e decidono di nascondersi nel Giardino dei Boboli. In auto Langdon decifrato l'anagramma e capisce che è un riferimento alle parole nascoste in un famoso dipinto di Giorgio Vasari e custodito nel Salone dei Cinquecento. Bouchard attiva un drone nella speranza di localizzarli ma i due riescono a sfuggirgli e ad arrivare a Palazzo Vecchio percorrendo Il Corridoio Vasariano e gli Uffizzi. Bouchard si incontra con la dottoressa Sinskey e decidono di intercettare Langdon anticipando le sue mosse. A Palazzo Vecchio Langdon incontra Martha Alvarez che accetta di portarli a vedere la maschera di Dante, dove nel retro è stato scritto un indizio che porta al virus, scritto dal proprietario della maschera (Zobrist). Quando però notano che è stata rubata decidono di guardare i video delle telecamere e scoprono che sono stati Langdon e Busoni a rubarla. Sienna riesce a chiudere fuori le guardie e con una tessera fuggono. Decidono allora di percorrere un antico passaggio che passa sopra al Salone del Cinquecento; ma qui incontrano Vayentha che, sotto ordine del Rettore, tenta di uccidere Langdon ma viene spinta nel vuoto da Sienna morendo. Capiscono che il luogo in cui è nascosta la maschera di Dante è il Battistero. Decifrato il messaggio che sembra condurre a Venezia, vengono raggiunti da Bouchard, il quale li convince di essere dalla loro parte e partono insieme, ma in treno sviene a causa di una botta procuratagli da Sienna e Langdon e scappano dalla stazione di Padova. A San Marco però Langdon capisce di essersi sbagliato e che in realtà il virus è nascosto ad Istanbul, in Turchia. Notano però Bouchard e fuggono dai sotterranei della Basilica ma mentre Langdon sta per uscire, viene intrappolato dentro da Sienna, la quale gli confessa di essere stata l'amante di Zobrist ed era determinata a far rilasciare il virus e scappa, lasciando Langdon alla mercè di Bouchard. Nello stesso istante il Rettore capisce di aver sbagliato ad aiutare Zobrist e si allea con a dottoressa Sinskey per ritrovare Langdon e cercare di contenere il virus è partono per Venezia.