O cenário do longa é o início da década de 1960, no auge da Guerra Fria, com história centrada no agente da CIA, Solo, e no agente da KGB, Kuryakin. Forçados a deixarem de lado as antigas diferenças, os dois se unem em uma missão para parar uma misteriosa organização criminosa internacional, que está empenhada em desestabilizar o poder com a proliferação de armas nucleares e tecnologia militar. A única pista da dupla na investigação é a filha de um cientista alemão desaparecido, que pode ser a chave para eles se infiltrarem na organização criminosa. Agora os dois precisam correr contra o tempo para encontrar o cientista e evitar uma catástrofe mundial.