La desconocida narra la història d'una dona (Ana Rujas) que, emmordassada i lligada de mans, és trobada per la policia dins d'un contenidor al port de Barcelona. Incapaç de recordar la seva identitat, és traslladada a l'hospital, on la seva vida torna a estar en perill després d'un intent d'assassinat. La detectiva Anna Ripoll (Candela Peña) és assignada per investigar aquest enigmàtic cas juntament amb l'oficial Quique Zárate (Pol López). Junts s'embarcaran en una carrera a contrarellotge per descobrir la identitat d'aquesta dona misteriosa i els secrets ocults a la seva memòria.