Stumfilmstjernen Asta Nielsen er den første og største diva, Danmark nogensinde har fostret. Den nulevende fortæller, Eva, tager i Astas skygge afsæt i en række tilfældigheder, der binder den afdøde filmdiva sammen med hendes eget liv. Eva flytter ind i en lejlighed på Gammel Kongevej i København og opdager, at hun bor i det hus, hvor Asta Nielsen blev født. Asta Nielsen er navnesøster med fortællerens mor, og de to kvinder deler andet end navn, de er nemlig begge født d. 11. september. Nysgerrigheden vokser yderligere, da hun falder over et brev, Asta Nielsen skrev til en ukendt kvinde to år inden sin død.

Asta Nielsen var en usædvanlig rollemodel. Hun var kendt for sine overbevisende skildringer af stærke, frigjorte kvinder og sit engagement i udviklingen af film som en seriøs kunstart. Hun forlod sin datter i Danmark for at arbejde i Berlin, hvor hun etablerede sit eget filmselskab i en tid, hvor kvinder kæmpede for stemmeret og ligestilling. Men mens verden hyldede hendes talent, betragtede mange danskere stadig hende som en afviger, der ikke fortjente dansk anerkendelse. Da hun vendte tilbage til Danmark på grund af Anden Verdenskrig, sluttede hendes filmkarriere brat. Hun levede de sidste 30 år uden kontakt med det danske kulturliv og kun omgivet af ganske få venner indtil sin død i 1972. En af disse venner, antikvarboghandleren Frede Smidth, optog uden Asta Nielsens viden 100 timers telefonsamtaler mellem hende og ham i perioden 1956-57.

Astas skygge er en usædvanlig biografi. Fortælleren Evas researcharbejde og selve præsentationen af Asta Nielsens liv løber i forskellige spor, der giver den polyfone biografi sin form; en vekslen mellem nutid og fortid, mellem Evas og Astas stemmer og noter, mellem indre dialoger og en ydre dokumentarisk virkelighed. ”Astas skygge” er derfor et dobbeltportræt af to kvinder og undersøger betydningen af dobbeltidentitet og køn, indre og ydre virkelighed, spejling og selviscenesættelse, overlevelses- og beskyttelsesmekanismer, fremmedhed og ensomhed.