Sinopsis film "The Girl on the Train" menceritakan tentang kehidupan seorang wanita bernama Rachel Watson ( Emily Blunt ) setelah pasca perceraiannya. Setiap harinya, Rachel berangkat kerja ke kota New York dengan menggunakan kereta dan setiap harinya kereta tersebut melewati rumah lamanya.

Rumah yang pernah dia tinggal bersama suaminya yang masih tinggal di sana kini bersama dengan istri baru dan anaknya. Rachel mencoba untuk tidak fokus terhadap rasa sakitnya dan mulai melihat pasangan yang tinggal di rumah tersebut, Megan ( Haley Bennett ) dan Scott Hipwell ( Luke Evans ). Megan memikirkan keluarga impian yang indah di kepalanya dan tentang bagaimana mereka sebagai keluarga yang bahagia dan sempurna.

Suatu hari ketika, kereta lewat dan dia tampak sedikit terkejut dan merasa marah lalu keesokan harinya dia bangun dengan mabuk yang mengerikan, berbagai luka dan memar dan tanpa ingatan yang terjadi pada malam sebelumnya. Yang dirasakan adalah sesuatu yang buruk telah terjadi. Ketika adanya laporan televisi, bahwa Megan Hipwell menghilang, Rachel mencoba menginvestigasi kasus dan mencari tahu apa yang terjadi dengan Megan dan di mana keberadaannya sekarang dan sebenarnya apa yang terjadi pada dirinya di malam yang sama saat Megan menghilang.