Inaugurado en 1904, tras 13 años de trabajo, el Transiberiano se ha convertido a lo largo de este siglo de vida en uno de los legendarios viajes en tren, una de esas aventuras que la gente sueña con hacer alguna vez en su vida.
Este viaje es el punto de partida de la historia que presenta Brad Anderson, director de la película. Acompañado por un reparto de lujo encabezado por Woody Harrelson, Emily Mortimer, Kate Mara, Ben Kingsley y el español, Eduardo Noriega, Anderson narra en este thriller la desaparición de uno de los pasajeros durante el viaje, que se combinará con una investigación llevada a cabo por un policía ruso.
'Transsiberian' nos acerca a la historia de una pareja americana, Roy (Woody Harrelson) y Jessie (Emily Mortimer), quienes tras su reciente estancia en Pekin inician el viaje de vuelta a casa en el famoso ferrocarril. Es entonces cuando conocen a la pareja compuesta por Carlos (Eduardo Noriega) y Abby (Kate Mara), con los que rápidamente entablan una relación de amistad.
Sin embargo, las cosas cambian después de una de las paradas, cuando Roy no vuelve a subir al tren y desaparece misteriosamente. Inmediatamente, Carlos y Abby ofrecen su apoyo a Jessie y se ofrecen a acompañarla mientras le espera en la próxima estación. Es entonces cuando la joven se da cuenta de sus compañeros de viaje no son quienes aparentan ser, que ocultan algo.
De este modo, lo que se presenta como un viaje placentero se convierte en una pesadilla. Las cosas se complicarán aún más cuando inesperadamente los protagonistas se ven relacionados con la investigación llevada a cabo por el oficial Grinko (Ben Kingsley), un agente ruso dedicado a la lucha contra el narcotráfico.