Rachel Watson (Emily Blunt) és una dona divorciada, i amb certs problemes amb la beguda. Cada dia, ella pren el tren per anar a treballar a Nova York, i cada dia el tren passa per la seva antiga casa. En aquesta casa ara viu el seu marit amb la seva nova esposa i el seu fill. Per no ofegar-se en les seves pròpies penes, Rachel decideix concentrar-se en mirar a una parella, Megan (Haley Bennett) i Scott Hipwell (Luke Evans), que viuen unes cases més avall de la qual era la seva. Comença llavors a crear en el seu cap una meravellosa vida de somni sobre aquesta família aparentment perfecta. Tot canvia quan un matí Rachel, des de la finestra del tren, és testimoni d'un impactant succés. Serà llavors quan es vegi embolicada en un misteriós i desconcertant cas.

Finals del segle XIX. Un dia, la vida de Lise, de 14 anys, canvia per sempre. És la gran dels seus germans, la primera de la família a anar a escola i és plena d'esperança i confiança en la vida. Però quan la seva mare es posa de part, ràpidament sembla que alguna cosa va malament. A mesura que cau la nit i avança el part, la Lise comença a comprendre que aviat podria acabar convertint-se en la dona de la casa.