结婚纪念日当天，CIA特工伊芙琳·绍特（安吉丽娜·朱莉 Angelina Jolie 饰）受命审讯一名投案自首的俄罗斯间谍。对方声称自80年代便潜入美国，并且透露有一名间谍大师曾训练数名儿童，将他们培养成间谍送入普通的美国家庭中，伺机刺杀美国总统。令在场所有特工震惊的是，这个俄国人竟指认绍特是这群孩子中的一员。
不顾CIA探员们的阻拦，绍特执意返回家中。经过一番惊险追逐，她暂时逃过昔日同伴的追捕。不久，俄罗斯总统访问美国，绍特再次卷入各种阴谋之中，而她的真实身份也变得愈加扑朔迷离……

特工汉纳威（乔什·哈洛威 Josh Holloway 饰）执行任务时遇害，核机密文件被女杀手莫伦（蕾雅·赛杜 Léa Seydoux 饰）截获。为了找回文件，特工班吉（西蒙·佩吉 Simon Pegg 饰）和特工简（宝拉·巴顿 Paula Patton 饰）从俄罗斯监狱救出了伊桑·亨特（汤姆·克鲁斯 Tom Cruise 饰）。他们接受的幽灵协议任务便是从克林姆林宫盗取核军事密码。然而，当他们接近目标时，却发现被恐怖分子亨德里克斯（迈克尔·恩奎斯特 Michael Nyqvist 饰）捷足先登，抢走了核军事密码。在爆炸中，亨特受困医院，遭俄特工的追捕，幸好他身手矫捷，才化险为夷。不过，亨特的上司也在混乱中丧生，只剩下其助手布兰德（杰瑞米·雷纳 Jeremy Renner 饰）与亨特死里逃生，加上班吉和简，逼上绝境的四人开始了最后一搏，从迪拜到印度，他们出生入死，与恐怖分子斗智斗勇……

哈里（科林·费斯 Colin Firth 饰）是英国秘密特工组织金士曼中的一员，某次行动中，他的战友不幸牺牲，哈里将一枚徽章和一个电话号码交给了战友年幼的小儿子艾格西（亚历克斯·尼科洛夫 Alex Nikolov 饰），叮嘱他将来如果遇到了什么麻烦可以拨打这个号码，然而，这样的机会只能使用一次。
一晃眼十七年过去，破碎的家庭让艾格西（塔伦·埃格顿 Taron Egerton 饰）成长为了一个整日无所事事的小混混，某日，因为违反交通规则而遭到逮捕的艾格西使用了手中珍贵的号码，赶来的哈里在艾格西玩世不恭的外表之下发现了他善良的本质和极高的天赋，于是，哈里决定将艾格西培养成为新一代金士曼，他们需要共同面对的是强大而又邪恶的亿万富翁瓦伦丁（塞缪尔·杰克逊 Samuel L. Jackson 饰）。

数月前军情六处一块记载了潜伏于全世界恐怖组织内部所有特工名单信息的硬盘丢失，而追索硬盘的行动也以失败告终。在此之后，行动主要负责人M（朱迪·丹奇 Judi Dench 饰）被高层解雇，而军情六处也遭到惨烈的袭击，伤亡惨重。为了查到幕后真凶，M召来佯死的传奇特工詹姆士·邦德（丹尼尔·克雷格 Daniel Craig 饰）。经过一轮严苛的特训和测试，邦德重新服役。在伊芙（娜奥米·哈里斯 Naomie Harris 饰）和新搭档Q（本·卫肖 Ben Whishaw 饰）的协助下，邦德追寻着某前CIA特工的踪迹来到繁华大都会上海。
在这一过程中，特工的名单不断泄露，而邦德最新一次的生死冒险也拉开序幕……