Agents très spéciaux, dont l'action se déroule au début des années 60 alors que la guerre froide est à son acmé, raconte l'histoire de Solo (Henry Cavill), un agent de la CIA, et Kuryakin (Armie Hammer), un agent du KGB. Forcés de mettre de côté leurs différences, les deux agents travaillent de concert afin de mener à bien une mission conjointe visant à empêcher une organisation criminelle internationale de rompre le fragile équilibre du pouvoir au moyen de la prolifération des armes et de la technologie nucléaires. L'unique piste du duo est la fille d'un scientifique allemand disparu sans qui ils ne pourront infiltrer l'organisation criminelle. Ils s'engagent dans une course contre la montre afin de le trouver et prévenir une catastrophe d'envergure planétaire.
