アメリカ極秘諜報機関「コントロール」。敏腕分析官のマックス・スマート（スティーブ・カレル）は、憧れのエージェントになることを夢見ていたが、その高度な分析能力を惜しまれ、またしても昇格が見送られてしまった。しかし突然、本部がテロ組織「カオス」の襲撃に遭い、すべてのエージェントの顔が知られてしまう事態に。そこで最近整形手術をしたばかりのエージェント９９（アン・ハサウェイ）と共に、マックスが「エージェント８６」に昇格し、カオスの策略を阻止すべく、任務にあたるが･･･。