The Underground Railroad vertelt het verhaal over de wanhopige zoektocht van Cora Randall (nieuwkomer Thuso Mbedu) naar vrijheid tijdens het Antebellum South. Nadat ze de plantage in Georgia is ontvlucht om achter het gerucht aan te gaan over de Underground Railroad, ontdekt Cora niet zomaar een iets, maar een spoorlijn vol ingenieurs en conducteurs, en een geheim netwerk van sporen en tunnels onder de zuidelijke grond. Tijdens haar reis wordt Cora achtervolgd door Ridgeway (Joel Edgerton), een premiejager die erop gefixeerd is haar terug te brengen naar de plantage die ze ontvlucht is; vooral omdat haar moeder Mabel de enige is die hij nooit gevangen heeft. Terwijl ze van staat naar staat reist, worstelt Cora met de erfenis van de moeder die haar achterliet en met haar eigen strijd om een leven te verwezenlijken dat ze nooit voor mogelijk had gehouden.