O filme relata a história de Hipátia (Rachel Weisz), filósofa e professora em Alexandria, no Egito entre os anos 355 e 415 da nossa era. Única personagem feminina do filme, Hipátia ensina filosofia, matemática e astronomia na Escola de Alexandria, junto à Biblioteca. Resultante de uma cultura iniciada com Alexandre Magno, passando depois pela dominação romana, Alexandria é agitada por ideais religiosos diversos: o cristianismo, que passou de religião intolerada para religião intolerante, convive com o judaísmo e a cultura greco-romana.
Hipátia tem entre seus alunos Orestes, que a ama sem ser correspondido, e Sinésius, adepto do cristianismo. Seu escravo Davus também a ama secretamente. Hipátia não deseja casar-se, mas se dedica unicamente ao estudo, à filosofia, matemática, astronomia e sua principal preocupação, no relato do filme, é com o movimento da terra em torno do sol.
Mediante os vários enfrentamentos entre cristãos, judeus e a cultura greco-romana, os cristãos se apoderam, aos poucos, da situação. Enquanto Orestes se torna prefeito e se mantém fiel ao seu amor, o ex-escravo Davus (que recebeu a alforria de Hipátia) se debate entre a fé cristã e a paixão. O líder cristão Cyril domina a cidade e encontra na ligação entre Orestes e Hipátia o ponto de fragilidade do poder romano, iniciando uma campanha de enfraquecimento da influência de Hipátia sobre o prefeito, usando as escrituras sagradas para acusá-la de ateísmo e bruxaria.
