Quando Jane Browing (Emmanuelle Vaugier) fica exposta a uma arma bioquímica que altera seus genes, ela ganha poderes de auto-cura e extraordinárias habilidades físicas e mentais. Agora, fugindo de uma organização sinistra determinada a replicar seus poderes – ou destruí-los -, Jane junta forças com alguns improváveis aliados para se tornar uma agente ultra-secreta na luta contra o crime. Tate Donavan (da série The O.C.) é Graham Knight, um professor PhD que ajuda Jane com suas novas habilidades. Richard Roundtree (Shaft) co-estrela como Coronel Watts, seu chefe e mentor. Baseado na famosa série em quadrinhos, Painkiller Jane é a super-heroína do novo milênio.