En dag, på terskelen til pensjonisttilværelsen, får CIA-agenten Muir vite at hans tidligere protesjé Bishop er fengslet i Peking, anklaget for spionasje etter å ha forsøkt å frigi en kinesisk fange. Årevis med ondt blod vaskes vekk av en strøm av minner om eventyr delt av de to agentene når Muir påtar seg sitt farligste - og mest personlige - oppdrag noensinne.

En 1960-talls hipster-hemmelig agent er brakt ut av nedfrysning for å bekjempe sin største fiende på 1990-tallet, hvor hans sosiale holdninger er tydelig malplassert.

Edward Wilson forstår verdien av hemmeligholdelse - diskresjon og æresforpliktelser er boret inn i ham siden barndommen. Som en ivrig og optimistisk student ved Yale i 1939, blir han rekruttert til det hemmelige brorskapet Skull and Bones, en yngleplass for fremtidige verdensledere. Wilsons skarpe intelligens, plettfrie rykte og oppriktige tro på amerikanske verdier gjør ham til en perfekt kandidat for en plass i etterretningstjenesten, og han blir snart anmodet om å arbeide for OSS (forløperen til CIA) under den andre verdenskrig.

Dr. Evil har vendt tilbake fra en dypfryst tilværelse i verdensrommet og pønsker ut en ny og djevelsk plan for å utslette jorden. Han benytter seg av en nyutviklet tidsmaskin og drar tilbake til 1969 for å stjele draget til sin erkerival Austin Powers. Supersexy Austin, som trekker sin 9mm pistol med mindre hastighet enn sin egen skygge, lar seg ikke stoppe og reiser tilbake til 1969 i en snerten tidsmaskin av tysk merke, forberedt på det meste. Men ikke på å treffe sin like... mann? I CIA's operative agent Felicity Shagwell, en snarsen berte, ram spion og en fantastisk motivasjon når det gjelder å få pusset opp Austins libido.

Verdens mest shagadelske spion fortsetter sin kamp mot Dr. Evil. Denne gangen slår den djevelske legen og hans klone, Mini-Me, seg sammen med en ny fiende - '70s kingpin, Goldmember. Mens han forfølger laget av skurker for å stoppe dem fra verdensdominans, får Austin hjelp fra sin far og en gammel kjæreste.