A Girl Who Can See Smell menceritakan tentang seorang perempuan bernama Choi Eun Sol (Shin Se Kyung) yang menjadi saksi pembunuhan kedua orangtuanya. Saat berusaha melarikan diri dari kejaran sang pembunuh, Eun Seol tertabrak mobil hingga koma di rumah sakit.
Jasad kedua orangtua Eun Sol baru ditemukan tujuh hari setelah terjadinya pembunuhan. Lebih mengherankan dan mengejutkannya lagi, di lengan kedua jasad tersebut tampak sayatan yang berbentuk barcode. Kasus tersebut akhirnya ditangani oleh Detektif Oh Jae Pyo (Jung In Gi), namun dalam penyelesaiannya ia harus menghadapi tantangan karena sang satu-satunya saksi terbaring koma.
Di rumah sakit yang sama, ternyata ada pasien lain yang juga bernama Choi Eun Seol (Kim So Hyun). Ia memiliki kakak bernama Choi Moo Gak (Park Yoo Chun). Ketika Moo Gak menjenguk sang adik, ia terkejut mendapati saudaranya sudah tidak bernyawa dengan celah di tenggorokannya.
Sekitar enam bulan setelahnya, Eun Seol akhirnya bangun dari koma. Sayangnya, ia kehilangan ingatan tentang kehidupan sebelum ia masuk rumah sakit. Namun anehnya, mata kirinya berubah menjadi warna hijau. Bahkan Eun Seol juga kini dapat "melihat" aroma sebagai warna dan bentuk. Ia pun mampu melacak keberadaan orang lain berdasarkan aroma mereka.
Demi melindungi Eun Seol, Detektif Jae Pyo mengadopsinya dan memberikannya nama baru, Oh Cho Rim. Di sisi lain, Moo Gak masih trauma atas kematian adiknya. Suatu hari, Cho Rim dan Moo Gak bertemu. Moo Gak yang kini bekerja di kepolisian meminta Cho Rim untuk membantunya memecahkan berbagai kasus kriminal agar dirinya dapat dipromosikan ke divisi pembunuhan. Mereka pun semakin dekat hingga akhirnya tumbuh benih-benih cinta.
Di divisi tersebut, ia akhirnya akan mendapat akses untuk membuka kembali kasus pembunuhan adiknya sekaligus mengungkap misteri pembunuhan "barcode" yang telah berkembang menjadi pembunuhan berantai. Mampukah mereka mengungkap misteri pembunuhan tersebut? Dan bagaimana akhir kisah cinta mereka? Jangan lupa untuk saksikan, ya.
