Nel 1967, l'agente segreto francese Hubert Bonisseur de la Bath (Jean Dujardin), nome in codice OSS 117, viene inviato in Brasile a rintracciare un ex gerarca nazista che minaccia di vendere un microfilm in cui si elencano i nomi dei francesi collaborazionisti durante la Seconda guerra mondiale. Affiancato da Dolores, bella ma pericolosa agente del Mossad israeliano, mentre cerca di evitare che il filmato finisca in mani sbagliate, Bonisseur a Rio si ritrova ad affrontare spietati killer cinesi in cerca di vendetta ma anche la sua più grande paura, quella delle altezze.