影片围绕间谍小说作家叶利·康韦（布莱丝·达拉斯·霍华德 Bryce Dallas Howard 饰）的作品展开。叶利的小说讲述神秘特工阿盖尔（亨利·卡维尔 Henry Cavill 饰）及其瓦解全球间谍集团的任务，而小说中的情节却意外开始与真实间谍组织的秘密行动出现惊人 的一致。在特工艾登（山姆·洛克威尔 Sam Rockwell 饰）的陪同下，叶利带着猫咪阿尔菲（Chip 饰）穿越世界，竭力赶在间谍组织的杀手们行动之前化解危机，此时小说的虚构世界与现实之间的界限开始变得模糊不清。随之而来的是一场跨越全球的冒险。

时光飞逝，一转眼，艾格西（塔伦·埃格顿 Taron Egerton 饰）已经成长为了一名出色而又可靠的特工，他和蒂尔德公主（汉娜·阿尔斯托姆 Hanna Alström 饰）之间的感情也愈演愈浓，两人眼看着就要携手步入婚姻的殿堂。就在这个节骨眼上，前特工查理（爱德华·霍尔克罗夫特 Edward Holcroft 饰）杀了回来，如今的他效力于一个名为“黄金圈”的贩毒组织，组织头目波比（朱丽安·摩尔 Julianne Moore 饰）是一个邪恶而又野心勃勃的女人。　　查理查出了金士曼的所有据点，用导弹将它们全部摧毁。幸存的艾格西和梅林（马克·斯特朗 Mark Strong 饰）千里迢迢远赴美国，向潜伏在那里的联邦特工寻求帮助。波比种植了一种含有毒素的大麻，将它们输送往世界各地，当瘾君子们体内的毒素渐渐发作后，波比以此为筹码，正式向政府宣战。