Spy Classroom transcurre en un mundo aún marcado por la Gran Guerra, cuando el devastador poder de las armas modernas llevó a las naciones a recurrir al espionaje en lugar de al conflicto abierto. En la República de Din, el espionaje se ha convertido en una de las herramientas más importantes del gobierno, y Lily sueña con unirse a esa lucha oculta y servir a su país. Su entusiasmo es sincero, pero sus malos resultados académicos la hacen dudar de si de verdad está capacitada para el puesto.
Esa incertidumbre empieza a cambiar cuando a Lily le ofrecen graduarse de forma provisional a cambio de ocupar un lugar en el equipo de espías Lamplight, una extraña oportunidad que acepta pese a saber muy poco sobre ella. Cuando llega, descubre que ya la esperan otras seis chicas, cada una con problemas académicos similares. Poco después aparece el misterioso Klaus y les asigna su primera misión: una «Misión Imposible» para infiltrarse en el Imperio Galgad tras solo un mes de entrenamiento. Con tan poco tiempo para prepararse y sin garantía de éxito, Lily y las demás deberán aprender a confiar unas en otras, trabajar bajo la guía de Klaus y demostrar que pueden sobrevivir como espías.