PRIMERA TEMPORADA
El Profesor, un hombre que pasó su infancia hospitalizado a causa de una enfermedad, ha planeado de forma minuciosa el atraco, el "robo del siglo" de la Fábrica Nacional de la Moneda y Timbre de España.
Para ello, un grupo de ocho atracadores, todos con nombre de ciudad y con el rostro cubierto por una careta con la cara de Salvador Dalí, ocuparan la fabrica durante 11 días con 67 rehenes (entre ellos la hija del embajador británico), para conseguir fabricar 2.400 millones de euros al estilo de Robin Hood.
Tras cinco meses de formación meticulosa sobre el atraco, los asaltantes entran entran a la Fabrica de Moneda y Timbre, donde manipulan la tecnología para impedir cualquier tipo de comunicación externa y secuestran a los allí presentes, entre los que se encuentran los trabajadores de la Fábrica y los alumnos de un prestigioso instituto de Madrid.
Durante el atraco, los atracadores se enfrentan a situaciones de todo tipo, como el reconocimiento del rostro de tres de los atracadores por parte de la policía o el plan de fuga liderado por uno de los rehenes.
Por su parte, El Profesor se comunica con los atracadores y con la policía desde una fabrica de sidra abandonada. Pese a su empeño por solventar los errores de la banda desde fuera, El Profesor no contaba con enamorarse de Raquel Murrillo, que era la inspectora a cargo del caso de la Fabrica de Moneda y Timbre, lo que cambiará el curso de los acontecimientos.
La segunda entrega de las serie complica los planes de El Profesor y desarrolla cómo será el desenlace del atraco en la Fábrica de la Moneda.
La policía científica descubre la casa de campo de Toledo donde el líder formó a los atracadores durante cinco meses y también consiguen restos de ADN.
Después Raquel descubre la identidad de El Profesor. La policía también está a punto de descubrir quién es el líder del grupo.
Mientras, El Profesor no puede comunicarse con el interior de la Fábrica. Los atracadores entran en nervios y la situación desemboca con Tokio, una de las atracadoras, expulsada de la Fábrica y detenida por la policía.
Mientras tanto, El Profesor lucha por mantener a salvo su plan y su relación con la inspectora. Sin embargo, ésta lo tortura cuando se entera de su verdadera identidad.
Finalmente Raquel, acusada de cómplice, es apartada del caso y la policía entra en la Fábrica Nacional de la Moneda. Tras un tiroteo en el interior del edificio, protagonizado por la banda y la policía, los atracadores consiguen salir con el motín por un túnel que comunica con la guarida de El Profesor.
TERCERA TEMPORADA
Después de conseguir escapar del país tras cometer el mayor atraco de la historia, El Profesor tiene una nueva misión: rescatar a Río, uno de los integrantes de la banda, que ha sido capturado por la Interpol tras un error de Tokio y Rio.
El líder del grupo considera reunir a todos sus integrantes para llevar a cabo un nuevo plan, ideado por su hermano fallecido (Berlín), que les ayudará a librar al joven: el atraco al Banco de España.
A esta nuevo atraco se incorporarán nuevos integrantes a la banda de atracadores, entre ellos Palermo, amigo incondicional de Berlín, la inspectora Murillo bajo el nombre de Lisboa y Mónica Gaztambide con el nombre de Estocolmo que anteriormente era secretaria en la fabrica de Moneda y Timbre, pero se enamora de Denver que tras escapas juntos de la Fabrica de Moneda y Timbre se casan y tienen un hijo llamado Cincinnati.
Esta vez, los atracadores entran al edificio cuando se hacen pasar por militares mientras siembran el caos en el centro de Madrid, lanzando billetes desde un dirigible en el aire. Una vez dentro, secuestran a los allí presentes.
Mientras tanto, El Profesor y Lisboa tratan de seguir el plan de Berlín desde una autocaravana equipada con la mejor tecnología. Ambos se enfrentan a la Alicia Sierra, una de las inspectoras más astutas.
CUARTA TEMPORADA
El Profesor se siente derrotado tras el posible asesinato de Lisboa ya que todos sus planes parecen venirse abajo.
Sin embargo, Marsella se pone de su lado para conseguir remontar. Ambos logran que uno de los policías que llevan el atraco, se ponga de su parte a cambio de dinero.
Por su parte, Lisboa es cruelmente interrogada por Alicia Sierra, quien la intenta manipular psicológicamente para que traicione a El Profesor. Sin embargo, gracias al policía que estaba apoyando a El Profesor, Lisboa descubre que El Profesor ha puesto en marcha “el plan París”, el cual incluye su rescate y liberación de la policía.
En el interior del Banco de España las cosas no pueden ir peor. El grupo de asaltantes intenta salvar la vida de Nairobi mediante una peligrosa intervención quirúrgica. Por otro lado, Palermo traiciona al grupo al conocer que Tokio está ahora al mando de la misión. Esto provoca un quiebre en el equipo y tensión que pone en peligro los planes de El Profesor y la banda.
Todo se complica aún más cuando Palermo ayuda a Gandía que fue boina verde en el ejercito, el peligroso jefe de seguridad del Gobernador , a liberarse de sus esposas. Entonces, este provoca un gran conflicto armado dentro del Banco de España, el cual provoca la muerte de Nairobi.
Una vez puesto en marcha el plan París, El Profesor libra a Lisboa de ir a la cárcel, la cual se reúne finalmente con sus compañeros en el Banco de España cuando se hace pasar por un miembro de la policía.
Finalmente, aunque el equipo logra ventaja con respecto a la policía, Alicia Sierra, inspectora apartada del caso, descubre a El Profesor en su guarida concluyendo así la cuarta temporada de la casa de papel.
