Der Physiker Leonardo Vetra, Wissenschaftler am CERN und nicht mehr praktizierender Theologe, wird ermordet in seinem Büro aufgefunden. Sein Kopf ist nach hinten verdreht, ein Auge fehlt. Auf seiner Brust findet sich ein eingebranntes Ambigramm mit der Aufschrift Illuminati. Vor seinem Tod hatte er sich ausgiebig mit der Vereinigung von Religion und Wissenschaft beschäftigt. Mit Hilfe der von ihm produzierten Antimaterie war er erstmals im Stande, den Urknall in kleinerem Ausmaß nachzubilden. Seine Adoptivtochter Vittoria stellt zusammen mit Robert Langdon, einem Symbologen der Universität Harvard (professor of religious iconology and Symbology), und CERN-Generaldirektor Maximilian Kohler fest, dass die streng geheim gehaltene Antimaterie entwendet wurde.Diese würde mit einer gigantischen Explosion alles im Umkreis von einem Kilometer zerstören, wenn der Behälter, in dem sie transportiert wird, nicht binnen 24 Stunden wieder an die Energieversorgung angeschlossen wird. Zur gleichen Zeit stellt sich heraus, dass der Behälter im Vatikan versteckt wurde („die ultimative Infiltration“). Allerdings wird der Standort in einer Andeutung des Auftragmörders verraten, die aber niemand verstanden hat. Die Illuminati drohen damit, den Hauptsitz der katholischen Kirche und somit deren Organisation insgesamt (mitsamt der 165 Kardinäle) zu vernichten.
Langdon fliegt mit Vittoria nach Rom und besucht den Vatikan, um vier verschwundene Kardinäle und die Antimaterie rechtzeitig zu finden. Für die Suche bleibt jedoch kaum Zeit,
da an diesem Tag das Konklave, die Wahl eines neuen Papstes, stattfindet. Dabei sind hohe Würdenträger der katholischen Kirche, viele Gläubige und zahlreiche Vertreter der Medien in der Vatikanstadt anwesend. Die vier Kardinäle mit den besten Aussichten, gewählt zu werden (i preferiti), wurden jedoch vom Assassine entführt. Im Vatikan wird der Sekretär (der Camerlengo) des verstorbenen Papstes von jemandem angerufen, der sich selbst Assassine nennt, sich zum Mord an Vetra bekennt und die katholische Kirche im Namen der Illuminati zerstören will. Zu jeder vollen Stunde soll einer der vier entführten Kardinäle irgendwo in Rom umgebracht werden (im Buch eine mathematische Progression des Todes genannt) und um Mitternacht die Antimaterie im Vatikan explodieren.Mit Hilfe seiner Kenntnisse und den Informationen aus den Büchern im vatikanischen Geheimarchiv findet Langdon den ersten Wegweiser auf dem „Pfad der Erleuchtung“; alle Wegweiser sind jeweils einem so genannten "Element" gewidmet und als Ambigramm dargestellt. Es ist die Chigi-Kapelle der Kirche Santa Maria del Popolo, wo der erste Kardinal um 20.00 Uhr mit Erde erstickt und dem Brandzeichen EARTH auf der Brust in einem Grab gefunden wird. Langdon und Vittoria kommen wenige Minuten später, können aber nicht mehr helfen.
Eine Stunde später wird der französische Kardinal Lamassé aus Paris mit zerstochenen Lungen und dem Brandmal AIR auf dem Petersplatz gefunden. Die Leiche liegt am Fuße eines Obelisken, der eine Plakette West Ponente trug, ein Tribut an das Element Luft und ein weiterer Hinweis auf den nächsten Standort vom Weg der Erleuchteten. Wieder kann der Mörder entkommen. Der prominente Schauplatz des zweiten Mordes trägt zu der großen Medienaufmerksamkeit bei, die die ganze Affäre begleitet, denn die Illuminati beabsichtigen, die Kirche vor den Augen der Weltöffentlichkeit durch die Wissenschaft demütigen zu lassen.
Langdon und Vittoria finden heraus, dass der dritte Mord in der Kirche Santa Maria della Vittoria stattfinden wird und sind noch vor 22.00 Uhr zur Stelle. Diesmal lebt der Kardinal noch, ist aber mit beiden Armen über einem gigantischen Feuer in der Mitte der Kirche an Ketten aufgehängt. Auf seiner Brust prangt das Mal FIRE. Der Assassine ist noch am Tatort und
es kommt zum Kampf. Der Mörder schießt auf Langdon, verfehlt ihn und kann ihn in einem steinernen Sarkophag gefangen zurücklassen. Vittoria Vetra wird entführt - sie soll die „Belohnung“ für seine Taten sein.Von der eintreffenden Feuerwehr befreit, hastet Langdon, der viel Zeit verloren hat, zum letzten Hinrichtungsort, dem Vierströmebrunen. Kurz vor 23.00 Uhr trifft der Auftragskiller mit dem Kardinal am Brunnen ein, der bereits das Brandmal WATER auf der Brust trägt. Der Kardinal wird mit schweren Ketten im Brunnen versenkt. Hier kommt es zu einem zweiten Kampf zwischen Langdon und dem Assassinen, der ihn würgt und erst von ihm ablässt, als Langdon sich totstellt. Unterdessen ertrinkt der Kardinal.
Als sich der Mörder nicht mehr am Tatort befindet, taucht Langdon aus dem Brunnen auf und macht sich auf den Weg zum Versteck der Illuminati, welches er mithilfe des letzten Hinweises erraten konnte: die Engelsburg. Dort trifft er auf Vittoria und den Auftragsmörder, welcher sehr überrascht ist, dass Langdon den „Weg der Erleuchteten“ gefunden hat. Es gelingt Langdon mit Hilfe von Vittoria den Mörder vom Balkon zu stürzen. Der Assassine ist sofort tot.
Zusammen hasten sie über „Il Passetto“, einen geheimen Tunnel, der die Engelsburg mit dem Vatikan verbindet, in den Vatikan zurück; dort überschlagen sich die Ereignisse. Noch immer sind die anderen Kardinäle uninformiert in der Sixtinischen Kapelle eingesperrt, wie es das Konklave verlangt, und die Antimaterie ist noch immer unauffindbar. Inzwischen ist auch Kohler eingetroffen und kann den Camerlengo unter vier Augen sprechen. Dieser legt vor ihm ein Geständnis ab, was Kohler unbemerkt aufzeichnet. Danach brandmarkt sich der Camerlengo selbst und Langdon sowie Vittoria stürmen herein. Alles sieht danach aus, als wäre Kohler der Täter. Kohler wird erschossen, im letzten Moment überreicht er Robert Langdon den kleinen Camcorder.
Langdon und Vittoria versuchen den schwer verletzten Camerlengo ins Krankenhaus zu bringen. Sie kommen jedoch nur bis zur Treppe vor dem vatikanischen Gebäude. Der Camerlengo täuscht vor den versammelten Menschen auf dem Petersplatz eine göttliche Eingebung vor und verschwindet danach im Petersdom; Langdon, Vittoria, drei Schweizergardisten und ein Kamerateam folgen ihm. Er verschwindet in den „Katakomben“ und entdeckt dort die Antimaterie. Mit dieser läuft er wieder nach draußen zur neugierigen Menschenmenge. Zusammen mit Langdon, der den Film auf dem Camcorder noch nicht angesehen und deshalb vom Vorhaben des Camerlengo keine Ahnung hat, fliegt er mit einem Hubschrauber über den Petersplatz senkrecht nach oben. Da die Zeit fehlt, die Antimaterie an einem ungefährlichen Ort detonieren zu lassen, steigt der Hubschrauber immer höher, der Camerlengo reißt den einzigen Fallschirm an sich und springt ab. Langdon hat noch Zeit sich vor der gigantischen Explosion mit einer Plane, die er als Fallschirm benutzt zu retten und fällt in den Tiber.
Der Camerlengo zeigt sich den Menschenmengen, als wäre er ein Wunder Gottes und wird allseits, selbst von den Kardinälen, als „Heiliger“ gefeiert. Langdon taucht ebenfalls wieder auf und weiß mittlerweile durch Kohlers Aufzeichnung über das falsche Spiel des Camerlengos Bescheid. Diese führt er nun den Kardinälen vor: Der Camerlengo gibt zu, die „Illuminati-Angriffe“ auf die Kirche geplant und den Assassinen als Mörder der Kardinäle engagiert zu haben. Als Motiv nennt er die große Enttäuschung über „seinen“ Papst, welcher ihm gestanden hatte, dass er ein Kind gezeugt hatte. Allerdings wusste er nicht, dass er selbst dieses Kind war und der Papst sein Keuschheitsgelübde nicht gebrochen hatte, da es eine künstliche Befruchtung war.
Der Camerlengo will der ganzen Aktion doch noch einen Sinn und Abschluss verleihen und inszeniert vor den Augen der Massen auf dem Petersplatz und an den Fernsehschirmen seine Selbstverbrennung. Alle beteiligten Personen, die von den wirklichen Ereignisssen Bescheid wissen, verpflichten sich zu schweigen, um den bei vielen Menschen durch die wundersame "Errettung" des Vatikans neu aufgekeimten Glaubensfunken nicht zu zerstören. Das Buch endet damit, dass Vittoria und Robert Langdon ein Paar geworden sind.
