Nos anos 60, após o seu maior inimigo, Dr. Evil, se congelar numa cápsula criogénica para evitar ser capturado, o agente Austin Powers, o galã dos Serviços Secretos Britânicos, oferece-se para fazer o mesmo e estar a postos para quando o maléfico vilão voltar à activa, o que só acontece trinta anos mais tarde. Agora, ambos têm de se adaptar ao mundo moderno, à medida que se preparam para a batalha final.

Um jovem estudante americano parte em uma viagem de estudos, pela França, acompanhado de sua professora. Confundido com um agente especial, acaba se envolvendo em uma complicada trama, perseguido por vários agentes de países da Comunidade Econômica Européia e criando confusões para muitas autoridades. Sua maior ameaça é uma terrível agente, cheia de truques desconcertantes.

Já fazem 3 anos desde o último confronto entre Austin Powers (Mike Myers) e seu arquiinimigo Dr. Evil (Mike Myers), que fez com que Evil e seu comparsa Mini-Me (Verne Troyer) fossem levados à prisão. Entretanto, a dupla consegue escapar da penitenciária e, juntamente com Goldmember (Mike Myers), elabora mais um arrojado plano de dominação mundial, que envolve uma viagem no tempo e ainda o sequestro de Nigel Powers (Michael Caine), pai de Austin e o mais renomado espião de todos os tempos. Austin também viaja no tempo para deter os planos do trio de vilões, reencontrando em 1975 uma antiga namorada, Foxxy Cleopatra (Beyoncé Knowles), que o ajudará em seus planos.