Agli inizi degli anni Sessanta del Novecento, in piena guerra fredda, l'agente della Cia Napoleon Solo (Henry Cavill) e l'agente del KGB Ilya Kuryakin (Armie Hammer) sono costretti a mettere da parte il tradizionale antagonismo per impegnarsi in una missione comune. Il loro obiettivo è quello di mettere fuori dai giochi un'organizzazione criminale internazionale che minaccia di scuotere il già precario equilibrio globale con la proliferazione di armi e tecnologia nucleari. Solo e Kuryakin hanno una traccia da cui partire: il contatto con la figlia di uno scienziato tedesco scomparso, l'unico in grado di infiltrarsi nell'organizzazione. Finiranno così con l'essere impegnati in una corsa contro il tempo per ritrovare l'uomo e prevenire una catastrofe mondiale.