Jeanne vive en una casa en las afueras junto a su madre Louise. Las dos mujeres se llevan bien. Louise se gana la vida cuidando de niños mientras Jeanne busca trabajo sin mucha convicción. Un día, Louise lee un anuncio en internet que le hará creer que el destino ha llamado finalmente a su puerta. Tiene la esperanza de que la firma de Samuel Bleistein, un conocido abogado que conoció cuando era joven, contrate a su hija. El mundo de Jeanne y el de Bleistein están a años luz, pero una increíble mentira fraguada por Jeanne les hará encontrarse. "La chica del tren" es la historia de esta mentira que se convertirá en la noticia más mediatizada y politizada de los últimos años en Francia.