冷戰結束后，天控局面臨被解散的危險，但是這個美國最大的特務機關，依舊擔負著重要的使命。不過，近期天控局總部卻遭受了突發性襲擊，導致特工們都有被身份曝光的危險。其中也包括強壯如牛、身手不凡的23號特工（道恩·強森 飾）。總部經過研究發現，襲擊事件是一個叫蓋不達集團的，為了迎敵，總部對分析家麥克斯韋（史 蒂夫·卡瑞爾 飾）委以重任，后者終于等到了一展身手的機會。于是，他積極參與了對付蓋不達的行動，不過之前的兩次演習都被他搞砸了。唯一的收獲是，他跟99號特工（安妮·海瑟薇 飾）結成了搭檔，后者是唯一不怕身份曝光的特工。他們在飛機上遇到了一個疑似的恐怖分子，但是當他們出手時，卻意外陷入了對方的圈套。此后，這對歡喜冤家又接連遇到一系列令人啼笑皆非的困境……