故事背景设定在1983年的夏天，讲述了美丽端庄的苏菲在毕业后被分配到最好的人民医院，她对刚学成归国的外科权威秦雨轩十分崇拜，却不知秦雨轩已有家庭。在得知真相后，苏菲深受打击，试图终止怀孕，但孩子还是降生了。为了掩盖真相，苏菲秘密将孩子寄养在关姓家庭中，关叔和关婶对这孩子充满疼爱，这使得苏菲深感感激，同时也让自己的心灵受到了扭曲，为间谍组织提供了把柄。
苏菲的私生子余小乐成为了她的弱点，也是间谍组织控制她的筹码。医院办公室主任李瑞生，同时也是间谍组织A小组的骨干，利用苏菲的隐私，迫使她成为间谍，并派往海军851厂医务室潜伏。在这里，苏菲以亲和温暖的外表和谈吐，赢得了众人的信任和喜爱，她尽力促成王凯与前妻复婚，帮助王凯的女儿治愈“偷窃癖”，同时作为医生，她尽力解决张平凉与妻子耿秀丽因生育困难而无法拥有孩子的烦恼。
随着时间的推移，苏菲与851厂的核心人物王凯和张平凉的关系越来越密切，同时成为了老同乡老校友崔玉凤最贴心的朋友。然而，851厂出现了严重的泄密情况，安全部门派遣老侦察员马维康进行调查。在一系列可疑现象的侦破过程中，技术员宁福强突然暴病身亡，侦察陷入僵局。在马维康的努力下，张平凉发现了王凯家半夜规律性的灯光，怀疑王凯可能涉及泄密，向马维康报告。
在一次偶然的机会中，苏菲偷看了李向真的日记，了解到了她对张平凉的爱慕之情。同时，耿秀丽因为无法生育而感到失落和恐慌，苏菲得知自己四年前与耿秀丽见过面，那正是耿秀丽到诊所做人流的日子，而苏菲当时也在那个诊所生下了儿子小乐。这一发现令苏菲震惊，意识到耿秀丽的存在对她构成了巨大威胁。
为了保护苏菲的潜伏，间谍组织在王凯的假肢中放置了微型窃听器，每隔一天，苏菲都要在王凯熟睡时更换窃听介质。与此同时，张平凉妻子耿秀丽因为杏仁过敏意外死亡，间谍组织利用这个机会施放烟幕，把怀疑的矛头指向了耿秀丽，分散了张平凉对核潜艇“鲨鱼一号”低噪音推进器试制的精力。
在一系列的事件中，张平凉始终保持冷静，根据蔡局长的指示，将计就计，迷惑了间谍组织。最终，李瑞生被揭示出是间谍组织的同谋，而苏菲也利用这一机会逃脱了控制。她偷偷进城见李瑞生，却发现他已经死亡。意识到间谍组织的上线消失，苏菲意识到自己可以摆脱控制，前往关家看望儿子，却发现关贵山正策划更大的阴谋，企图在建厂20周年文艺晚会的当晚炸毁851厂最大的生产车间。然而，炸弹没有爆炸，关贵山被马维康等人擒获，局势得以平息。
苏菲主动向法律伸出了双手，面对法律的严惩，她选择了接受制裁。故事以苏菲的自我救赎和对真相的揭露告终，展现了人性的复杂和对正义的追求。
《苏菲的供词》由张歆艺、王志飞、刘斌主演，以女主角苏菲（张歆艺饰演）被捕作为线索，通过苏菲的供述，以倒叙的手法展现了她矛盾而又充满悲苦的一生。在苏菲被捕后的供词中穿插了其经历的爱与恨、情与愁，展现了20世纪80年代初期一段发生在兵工厂的悲苦感人的故事，以及一个女性痛苦的挣扎。
