Khufiya membawa kita ke dalam dunia spionase yang penuh intrik, rahasia, dan pengkhianatan, menampilkan Tabu sebagai Krishna "KM" Mehra, Ali Fazal sebagai Capt Ravi Devilal Mohan, Wamiqa Gabbi sebagai Charu Ravi Mohan, dan Ashish Vidyarthi sebagai Jeev Bonda, atasan KM di Research & Analysis Wing (RAW).

Cerita dimulai pasca Perang Kargil, ketika Heena Rehman, wanita Bangladesh yang diduga bekerja untuk ISI, dibunuh oleh Menteri Pertahanan Bangladesh, Mirza, di sebuah pesta setelah menerima informasi rahasia melalui telepon. KM, yang pernah menjalin hubungan singkat dengan Heena, hancur mengetahui kematiannya. Ternyata Heena sebenarnya bekerja untuk RAW dengan misi membunuh Mirza, dan kematiannya terjadi karena adanya mole di kantor RAW yang membocorkan informasi.

KM mendapat tugas untuk memburu mole yang menjual rahasia pertahanan India. Setelah penyelidikan, ia menuding Ravi, pegawai RAW dengan gaya hidup mewah yang tidak sesuai penghasilannya, sebagai dalang kebocoran. Ia bahkan sempat menaruh kamera pengintai di rumah Ravi. Terungkap bahwa Ravi bekerja untuk CIA atas tekanan ibunya yang serakah, sementara istrinya, Charu, ternyata tidak terlibat. KM juga menemukan fakta mengejutkan bahwa kematian Heena terjadi karena Menteri Dalam Negeri India membocorkan informasi kepada CIA untuk menjaga kelangsungan kesepakatan nuklir dengan Amerika Serikat. Jeev memutuskan untuk merahasiakan ini demi menghindari komplikasi lebih jauh.

Ketegangan memuncak saat Ravi menyadari pengawasan, mencoba melarikan diri bersama keluarga, dan Charu menolak ikut serta. Dalam peristiwa dramatis, ibu Ravi menembak Charu, namun ia selamat berkat tim KM. Charu kemudian dilatih oleh KM untuk menjemput kembali putranya yang dibawa Ravi ke Amerika Serikat. Dalam penyamaran yang menegangkan, Charu menyusup ke keluarga Ravi untuk mendapatkan kembali anaknya.

Selain aksi spionase, film ini juga menyoroti kisah cinta KM dan Heena melalui kilas balik. Heena, demi membuktikan cintanya, bekerja untuk RAW dan mengumpulkan informasi dari ISI. Hubungan mereka membuka perjalanan KM untuk memahami identitas seksualnya, hingga akhirnya ia memutuskan untuk membalas dendam atas kematian Heena dan mengungkap pengkhianatan di RAW.