《这个杀手不太冷》电影主要讲述了一个孤独杀手与一个复仇女孩，他们从陌生到熟悉，最终相爱无果的故事。
故事开始，主人公里昂是一位孤独的职业杀手，他在杀手这个行业中十分出色，只要他接手的任务他总能顺利完成，在他单调乏味的生活中唯一陪伴他的就是一盆绿色的植物。另一个主人公玛蒂尔达，是一个常常遭受家庭暴力的孤独小女孩，她的父亲由于私吞了毒品，所以受到以史丹菲尔为首的一票毒贩的威胁。
黑暗的一天就这样到来了，史丹菲尔来到了玛蒂尔达的家门口，他吞下了随身携带的毒品，想要借助于毒品的力量来解决私吞毒品这件事情。里昂的住所就在玛蒂尔达家的隔壁，天生的杀手直觉让里昂瞬间察觉到有事情要发生。伴随着脑中的旋律，史丹菲尔拿着机枪肆意的扫射玛蒂尔达一家，而玛蒂尔达因为此时正在回家的路上，所以有幸躲过了一劫。当她走到家门口时用余光看见了倒在门口的父亲尸体，为了保命她假装只是路过，径直走到了里昂的家门口，低声抽泣着按下了里昂家的门铃。
里昂在纠结之下，最终打开房门决定救下这个可怜的小女孩。里昂的杀手皮囊之下有一颗憨厚的心，在里昂温柔的帮助之下，玛蒂尔达终于重新绽放了微笑。在得知里昂是个杀手之后，玛蒂尔达用照顾里昂的生活起居为交换，让里昂叫她如何当杀手。里昂看到这个一心想要复仇的马蒂瓦达，最终决定与她并肩作战，杀手与小女孩的命运就这样纠缠在了一起。
里昂教玛蒂尔达如何使用枪械，而玛蒂尔达同样会教里昂看书写字，在快乐的相处中，两人封闭已久的心也逐渐为对方慢慢打开。
突然有一天，玛蒂尔达对里昂说自己好像喜欢上他了，这样突如其来的暖心告白让里昂冰封已久的心有些不知所措，最终在玛蒂尔达的特殊坚持之下，她成功赢得了里昂的心。自此以后，里昂与玛蒂尔达成为了最佳拍档，他们一起完成了很多杀手任务，无论任务有多危险 ，里昂总是能够保护好玛蒂尔达。
可能是害怕玛蒂尔达受到伤害，在一次任务中，里昂选择独自行动，但玛蒂尔达明显误会了里昂的用意，她以为里昂不愿意帮自己报仇了，所以她决定自己一个人去报仇。玛蒂尔达偷偷跟踪在史丹菲尔的身后，跟随着史丹菲尔来到了厕所内，但狡猾的史丹菲尔早已经发现了她。
然而史丹菲尔并没有杀了玛蒂尔达，仅仅将她留在了办公室。这边完成任务的里昂回到了家，他看见了玛蒂尔达在桌上留下的字条，根据字条上留下的信息，里昂来到了信上描述的地方，并最终成功救下来玛蒂尔达。
史丹菲尔根据线索找了过来，他带着很多警察再次绑走了玛蒂尔达，在一场猛烈的战斗中，里昂虽然受伤了，但他还是成功找到了玛蒂尔达。看着外面的敌人，里昂明白今天难逃一死了，他拿起消防斧使劲砸开了通风管道，可是这个通风管道太小了装不下里昂，最终里昂将玛蒂尔达与他的盆栽抱入了通风管道，虽然玛蒂尔达极力反抗，但里昂还是决心让玛蒂尔达活下去，两人在最后关头深情告白。
送走玛蒂尔达后，里昂迅速投入到战争中，最后本以为伪装成警察的里昂能顺利逃脱，但还是没能躲过史丹菲尔的双眼，已经奄奄一息的里昂在最后关头选择引爆身上的炸弹与史丹菲尔同归于尽了。影片最后，玛蒂尔达带着里昂的植物来到了一家福利院，玛蒂尔达最终将植物种在了一棵大树下，至此影片结束。
