Anges et démons réunit une ancienne organisation secrète, les Illuminati, et le Vatican dans une bataille actuelle pour le contrôle. Le symbologiste de Harvard Robert Langdon doit unir ses forces à la scientifique Vittoria Vetra dans une course effrénée pour sauver le Vatican d’une bombe puissante qui menace de le détruire ainsi que les cardinaux qui se sont réunis dans la chapelle Sixtine pour élire le prochain pape. Leur voyage les emmène à travers Rome et dans des cathédrales, des archives secrètes et le repaire des Illuminati. En chemin, ils découvrent de nombreux secrets, notamment celui de savoir qui est responsable de la menace qui pèse sur le Vatican. À la fin, ils sauvent le Vatican et les cardinaux du danger.
Langdon est convoqué en Suisse lorsqu’on découvre qu’une marque des Illuminati a été utilisée pour marquer la poitrine d’un homme mort. Il rencontre Vittoria, la fille du défunt, et Maximillian Kohler, le directeur du CERN, le Conseil Européen pour la Recherche Nuclyaireou Conseil européen pour la recherche nucléaire. Vittoria et son père ont créé un échantillon d’antimatière, un matériau extrêmement instable, qui a été volé. Ils reçoivent un appel du Vatican, indiquant qu’ils ont une boîte inconnue portant le logo du CERN. Langdon et Vittoria se précipitent vers Rome, mais découvrent que la boîte met en danger non seulement les structures physiques de la ville, mais aussi le Collège des cardinaux, qui s’est réuni pour élire un nouveau pape. Quatre cardinaux sont également portés disparus.
Le camerlingue, qui est en charge du Vatican jusqu’à l’élection d’un nouveau pape, reçoit un appel de quelqu’un qui prétend que les Illuminati sont derrière toutes les actions de cette nuit-là. Il dit qu’il tuera un des cardinaux disparus toutes les heures. Langdon et Vittoria pensent que s’ils parviennent à capturer le tueur, ils pourront trouver l’emplacement de l’antimatière. Ils trouvent un ancien livret qui pointe vers quatre sites appelés les Autels de la Science. Ces sites forment un chemin vers l’Église de l’Illumination, le repaire des Illuminati.
À chaque endroit, Langdon et Vittoria trouvent l’un des cardinaux morts, marqué d’une autre marque Illuminati. Les cardinaux sont tués de manière à correspondre aux quatre marques : terre, air, feu et eau. Vittoria est capturée par le tueur au troisième endroit. Langdon continue de suivre les indices, se battant avec le tueur aux troisième et quatrième endroits. Il localise finalement l’Église de l’Illumination, et lui et Vittoria tuent le Hassassin, ou tueur.
Kohler arrive au Vatican en disant qu’il a des informations. Langdon pense qu’il est derrière le complot. Kohler est tué dans le bureau du camerlingue, mais il donne à Langdon une cassette avant de mourir. Le camerlingue a été marqué au fer rouge. Il semble avoir une vision de Dieu et se précipite de la place Saint-Pierre vers la basilique, revenant avec la cartouche d’antimatière. Lui et Langdon montent dans un hélicoptère. Alors que le temps imparti à la cartouche d’antimatière s’épuise, le camerlingue saute de l’hélicoptère. Langdon saute également, bien qu’il n’ait pas de parachute. L’antimatière explose au-dessus de Rome.
Le camerlingue atterrit en planant sur la basilique Saint-Pierre. Les gens du monde entier croient qu’un miracle s’est produit. Langdon atterrit dans le Tibre et est emmené à l’hôpital. Là, il découvre la cassette de Kohler. Il l’emmène à la chapelle Sixtine, où le Collège des cardinaux doit élire le pape camerlingue. La cassette contient un enregistrement du camerlingue admettant qu’il a tout planifié pour ramener les gens à l’église. Le camerlingue s’immole par le feu. Le Vatican demande à Langdon et Vittoria de garder le silence sur ce qui s’est réellement passé cette nuit-là s’ils estiment que cela leur tient à cœur.