Con el trasfondo de la década de 1960 en el apogeo de la Guerra Fría, se centra en el agente de la CIA Solo (Henry Cavill) y el agente del KGB Kuryakin (Armie Hammer). Obligados a poner a un lado las hostilidades de larga data, los dos se unen en una misión conjunta para detener a una organización criminal internacional misteriosa que está empeñada en desestabilizar el equilibrio frágil de poder a través de la proliferación de armas y tecnología nucleares. La única pista que posee el dúo es la hija de un científico alemán desaparecido que es la clave para infiltrar la organización criminal, y deben correr contra el tiempo para encontrarlo y evitar una catástrofe mundial.