Сериал «Матрёшка» разворачивает перед нами историю Юлии Морозовой, обычной студентки-спортсменки из Ленинграда восьмидесятых. Её мир, состоящий из лекций по языкам и тренировок, рушится в один миг, когда её внешность становится ключом к опасной игре спецслужб.

Оказалось, что она — точная копия жены американского разведчика, прибывшего в город с тайной миссией. Контрразведка во главе с Волоховым видит в этом шанс. Они готовят сложную операцию, где Юле отведена роль приманки. Ей предстоит войти в доверие к иностранцу, чтобы помочь вычислить предателя, засевшего в одном из оборонных институтов.

Так начинается её двойная жизнь, где каждое слово на вес золота, а доверие — самый хрупкий и ценный ресурс. От простой девушки она вынуждена превратиться в виртуозного игрока на поле, где ставкой является государственная безопасность, а цена ошибки неизвестна.