En La sombra de la traición, el misterioso asesinato de un senador de Estados Unidos que lleva el sello distintivo de un asesino soviético, de nombre clave "Cassius", obliga a un agente jubilado de la CIA, Paul Shepherdson (Richard Gere), a formar equipo con un joven agente del FBI, Ben Geary (Topher Grace), para resolver el caso.

Shepherdson está convencido de que Cassius lleva mucho tiempo muerto, tras haber pasado toda su carrera siguiéndole la pista tanto al esquivo asesino como a sus rivales, así que acepta a regañadientes el caso después de que su antiguo supervisor, Tom Highland (Martin Sheen), lo desafíe a demostrar su teoría ante las recientes pruebas que parecen indicar lo contrario. Por su parte, el agente Geary está familiarizado con la historia de Cassius desde mucho antes de su ingreso en el FBI. Geary, fascinado por la historia del asesino soviético, escribió su tesis de carrera sobre Cassius A diferencia de Shepherdson, Geary cree que el asesino ha reaparecido para continuar con su matanza.

A medida que Shepherdson y Geary van pasando por los distintos escenarios de los asesinatos, van surgiendo pistas que desvelan que Cassius podría no ser quienes ellos pensaban y la doble vida del asesino podría poner en peligro sus propias vidas.