냉동 수면에서 깨어나 1990년대에 적응한 스파이 오스틴 파워스는 달콤한 신혼 생활을 즐기던 중 뜻밖의 충격과 맞닥뜨린다. 우주로 달아났던 숙적 닥터 이블이 타임머신을 타고 1969년으로 돌아가, 냉동 상태로 잠들어 있던 오스틴에게서 그의 모든 매력과 활력의 원천인 '모조'를 훔쳐 간 것이다. 모조를 잃고 순식간에 맥이 빠져 버린 오스틴은 과거로 거슬러 올라가 사이키델릭한 60년대 런던에 도착하고, 그곳에서 매혹적인 CIA 요원 펠리시티 섀그웰과 손을 잡는다. 한편 닥터 이블은 자신을 쏙 빼닮은 작은 복제인간 미니미와 거구의 스코틀랜드 출신 부하 팻 바스타드를 거느린 채, 달에 비밀 기지를 세우고 거대한 레이저로 전 세계를 위협하는 사상 최대의 협박을 준비한다. 시대를 넘나드는 엉뚱하고 요란한 추격전 속에서 오스틴은 과연 잃어버린 모조를 되찾고 세상을 구할 수 있을까?