Im Mittelpunkt von London Spy befindet sich die (Liebes-)Geschichte zweier Männer, die unterschiedlicher nicht sein könnten. Auf der einen Seite wäre da Danny, der die Nacht stets zum Tag macht und sich in einem hedonistischen Lebensstil verliert. Er liebt die Gesellschaft anderer Menschen, feiert bis zum Abwinken und erweist sich darüber hinaus regelmäßig als unverbesserlicher Romantiker, der an die große Liebe glaubt.

Auf der anderen Seite trifft Dannys impulsive Persönlichkeit auf Alex, einem zurückgezogenen, aber brillanten Kopf. Obwohl Alex mit Dannys Hang zum Exzess nichts anfangen kann, kommen sich die beiden näher und verlieben sich ineinander. Was Danny jedoch nicht weiß: Alex arbeitet für den britischen Geheimdienst MI6 und führt ein Doppelleben als Agent, der in geheimer Mission die Interessen ihrer Majestät verteidigt.

Der Konflikt liegt auf der Hand – trotzdem wollen die beiden ihrer Liebe eine Chance geben. Gerade in dem Moment, in dem Danny für sich erkennt, dass Alex der Mann ist, auf den er sein ganzes Leben lang gewartet hat, verschwindet dieser allerdings spurlos. Infolgdessen vermag niemand Danny nähere Auskunft geben zu können. Trotzdem beschließt er, die Wahrheit über das Verschwinden seines Freundes herauszufinden.