Thompson, trafiquant d'art élégant, sort de prison et enlève JP, professeur d'histoire à la retraite, durant son anniversaire en famille. Pour le libérer, il exige " Léda et le cygne " de Léonard de Vinci. Françoise, l'épouse de JP, doit alors voler l'inventaire d'Estréchy conservé à Fontainebleau, première étape d'une chasse au trésor. Aidée par Oscar, un hacker lié à son passé, elle se révèle être bien plus qu'une simple épouse : une ancienne agente secrète de l'A.R.T.N., un service clandestin spécialisé dans la restitution d'œuvres d'art. Sa fille Sophie, qui l'espionne, découvre avec stupeur la double vie de ses parents. Mais Christine Lardennois, conseillère au Ministère de la Défense et rivale de Françoise, reconnaît son ancien visage dans le portrait-robot diffusé par la police après le cambriolage. Tandis que Françoise replonge dans son passé d'espionne, le danger se resserre : sauver JP pourrait aussi faire ressurgir des secrets soigneusement enfouis.
Arrêtée puis relâchée faute de preuves, Françoise est vite rattrapée par une analyse ADN qui la désigne comme la voleuse. Elle devient fugitive tandis que Christine Lardennois confie à Nader Moktari, policier spécialisé dans le grand banditisme, la mission de traquer les Séguret. Ironie du sort : il doit collaborer avec Oscar, ancien allié de Françoise. De leur côté, grâce aux connaissances pointues de Sophie sur la Renaissance, mère et fille découvrent que " Léda et le cygne " aurait été offert à Madame de Maintenon et caché à Marly-le-Roi. Elles s'infiltrent dans le pavillon devenu résidence officielle et trouvent une alcôve secrète, mais le tableau n'y est pas. Une gravure des globes de Coronelli oriente leur enquête, mais la police les intercepte. Après une fuite spectaculaire en sautant d'un viaduc, elles survivent de justesse. Françoise retrouve alors Thompson, et un terrible secret éclate : Sophie pourrait être sa fille.
Sophie explore les mémoires d'Arnold de Ville et déduit que " Léda et le cygne " pourrait être caché dans un des globes de Coronelli exposés à la BNF. Tandis qu'Oscar tente de protéger Sophie en l'avertissant que Françoise est recherchée, il croise Juliette, qui croit qu'il est le nouveau compagnon de sa mère. Leur déjeuner est interrompu par l'arrivée de Nader, venu interroger Sophie. Elle parvient à dissimuler son implication, mais ressent une attirance naissante pour le policier. Suivant leurs traces, Nader place la BNF sous haute surveillance. Mère et fille déjouent pourtant le dispositif en manipulant les caméras de sécurité. Mais Nader identifie Oscar comme leur complice. Arrêté, il est utilisé par Lardennois qui comprend que les Séguret poursuivent le tableau de Vinci. De son côté, JP réussit à s'échapper de la garde de Maxime, mais ce dernier le rattrape violemment et l'écrase avec sa voiture.
Guidées par un codex trouvé dans un globe de Coronelli, Françoise et Sophie suivent la piste de Vaux le Vicomte. Convaincues que le tableau s'y cache, elles profitent d'une sortie scolaire organisée par Sophie pour s'introduire dans les souterrains du château. Entre-temps, Nader découvre grâce à Oscar que Sophie est impliquée et déploie ses hommes pour l'arrêter. Alors qu'elle apprend que sa mère a eu une liaison passée avec Thompson, Sophie l'accompagne malgré tout dans les galeries et toutes deux mettent enfin la main sur le tableau tant convoité. Mais une fois sorties, l'œuvre s'effrite et révèle en réalité un dessin de Vinci : " L'homme de Vitruve ". Nader arrête Françoise, tandis que Sophie parvient à fuir, non sans éveiller les soupçons de sa fille Juliette. Promettant des explications, Sophie disparaît, mais tombe dans un piège : elle est kidnappée par Maxime déguisé en chauffeur de taxi.
JP réussit à fuir de l'hôpital et retrouve Françoise, elle aussi libérée. Ensemble, ils découvrent que Sophie a été enlevée et décident de la secourir. À leur grande surprise, Juliette, leur petite-fille, les accompagne, ayant suivi JP depuis l'hôpital. Les grands-parents ordonnent à Juliette de se mettre en sécurité chez son père et partent retrouver Sophie. Avant l'intervention, Françoise confie à JP ses doutes : Thomson pourrait être le père biologique de Sophie, mais JP affirme qu'il l'a élevée et reste son vrai père. En localisant la planque de Thomson, ils sont arrêtés par ses hommes de main. Sous la menace, la famille tente de déchiffrer l'Homme de Vitruve et découvre le mot " Salamandra ", emblème de François Ier. Thomson part avec Sophie vers la basilique de Saint-Denis, mais le mot correct est " Salaï Mandra ", révélant l'amant de Vinci, et la Séguret family arrive trop tard. Suspicion plane : Lardennois aurait-elle prévenu Thomson ?
ader met les Séguret et Oscar en prison, mais ces derniers réussissent à se libérer. Émouvantes retrouvailles entre Oscar et ses anciens mentors, mais Nader soupçonne une taupe au Ministère et pense à Lardennois. Les Séguret simulent une prise d'otage pour tromper Nader. Tandis que Sophie et Thomson poursuivent l'énigme menant au Leda, ils découvrent que le lieu des amours de Vinci et de son jeune modèle Salaï Mandra se situe dans une abbaye d'Île-de-France. Lors de la confrontation, Oscar révèle sa trahison et prend les Séguret en otage. Thomson s'empare de Sophie et du tableau trouvé sur une île du parc. Juliette neutralise Oscar et attend Nader pour le secours. Françoise, profitant d'une diversion, subtilise le tableau et l'échange contre sa fille. Thomson découvre la sacoche vide dans l'avion : Maxime, son neveu, a remplacé le tableau. Finalement, l'œuvre est remise à Lardennois, qui libère les Séguret.