En 2015, une Madeleine en extase est découverte dans la modeste collection d'une famille italienne. S'agit-il de l'original du Caravage, disparu à sa mort, en 1610, ou d'une des nombreuses copies réalisées ensuite ? Après expertise, Mina Gregori, l'une des plus grandes spécialistes de l'artiste, est convaincue de l'authenticité de l'oeuvre. Sur ses conseils, les propriétaires fouillent leurs archives et exhument trois documents : deux inventaires de tableaux, datant de 1842 et 1864, ainsi qu'un vieux papier mentionnant une «Madeleine renversée de Caravage». Une experte des archives anciennes et une historienne de l'art italiennes se lancent alors dans une vaste enquête.