ב-1943, בזמן מלחמת העולם השנייה, בחורה צעירה בשם "נורה בייקר" יצאה את אדמת בריטניה ללב צרפת הכבושה בידי הנאצים, למשימה חשאית מאחורי קווי האויב בשירות הוד מלכותה. מנקודה זו והלאה, זהותה ומשימתה יישארו סודיים ביותר.
התכנית "הנסיכה המרגלת" מביאה את סיפורה המרתק של נור אינאיאט חאן, נסיכה למשפחת אצולה הודית. קאן, שחייה מרבית שנות חייה באירופה, אביה היה מוסיקאי ומרצה לתורת הסופיזם הפציפיסטית. לאחר מות אביה ב-1927, החלה חאן בכתיבת שירים וסיפורים, והפכה לסופרת ילדים מצליחה בפריז. עם תחילת מלחמת העולם השנייה, נמלטה עם משפחתה לבריטניה. חרף החינוך הפציפיסטי שקיבלה, חאן החליטה כי חייבת להתנגד באופן פעיל לשלטון הטרורו הנאצי באירופה, והתגייסה לצבא הבריטי. אז גם שינתה את שמה ל"נורה בייקר" על-מנת להשתלב טוב יותר בארצה החדשה.
קאן שירתה כאלחוטנית והתקבלה ליחידה סודית ורגישה במסגרת זרוע המבצעים המיוחדת של הצבא. היא נשלחה לצרפת הכבושה, שם העבירה מידע חיוני לבעלות הברית בלונדון.
ארגון ה-SS הגרמני שהפעיל מלשינים וחפרפרות בקרב המחתרת שפעלה בצרפת, עלה על עקבותיה של חאן. היא נשבתה ע"י הנאצים ב-13 באוקטובר 1943 כשחזרה לדירתה בפריז. אך חאן לא נשברה בחקירותיה ואף ניסתה לברוח מספר פעמים משבי הנאצים. לבסוף הוצאה להורג יחד עם חבריה ליחידה שנלכדו ע"י הנאצים במחנה הריכוז דכאו ב-11 בספטמבר 1944.
משימתה של קאן הייתה כה חשאית בשעתו, עד כה אפילו משפחתה לא ידעה עליה. כעת, למעלמה משישים שנה לאחר מכן, התכנית "הנסיכה המרגלת" חושפת לראשונה באופן מלא את סיפורה של האשה רבת-המעללים, בסיוע אחיינה דייויד, גישה למסמכים משפחתיים נדירים, עדויות של סוכנים ששירתו עימה ביחידה וכן של כמה משוביה בכלא הגרמני.
