孟菲斯（尼古拉斯•凯奇 Nicolas Cage 饰）是这个世界上最高明的窃车贼，人们形容他为“gone in 60 seconds”，即只要他盯上的车停在这里，他60秒内便能连人带车一起消失得无影无踪。孟菲斯终究厌倦了窃车贼的虽然惊险刺激但重压在身的生活，宣布金盘洗手 了。但他的弟弟却想步其后尘，不料很快就卷入了一次黑帮危险的交易中。孟菲斯为了救出兄弟，只好重操旧业，答应黑帮一晚内偷来50辆车。
　　不料，警察正在密切监视着孟菲斯。当他偷得最后一辆野马跑车时，警车、警察直升机尾随而至，展开了一场马路追逐…

在IPSC实战射击赛中，警员庄子维（吴彦祖饰）打破了赛会纪录，但新纪录很快被香港基金经理关友博（古天乐饰）改写，后者夺魁。赛后，关友博巧遇蒙面歹徒打劫解款车，解款员被歹徒打死。此时，一个交通警（连凯饰）路过，被歹徒打伤。为救人，关友博击毙了4名劫匪，并报警。另一歹徒落荒而逃，同时4亿美元债券遭抢。交警获救，护理他的是关有博的女友（蔡卓妍饰）。因非法持枪伤人，关友博被拘。庄子维审问时发现对方超常冷静。面对检方控诉，关友博沉着应对，结果当庭获释。女上司（李冰冰饰）接他回家，但他对她的殷勤并不领情。关友博的账户存在资金周转问题，他正想方设法拖延还款时间。庄子维在查案中毫无头绪，于是请教老枪王（方中信饰），从对话中，他似乎嗅到了关键性的线索……

大洋深处，一艘俄罗斯潜水艇正在执行常规任务，但是突发意外导致潜艇爆炸，全体机组人员无一幸免。而这个谜一样的事故，还隐藏着一个足以颠覆世界的大秘密。此后不久，特工伊森·亨特（汤姆·克鲁斯TomCruise饰）接到任务，要去寻找两把造型独特的钥匙。钥匙组合在一起后能够控制不断进化并拥有独立思考能力的人工智能，从而可帮助政治家实现称霸世界的野心。不愿被政治家利用的伊森找到好搭档卢瑟·斯蒂克尔（文·瑞姆斯VingRhames饰）、班吉·邓（西蒙·佩吉SimonPegg饰）恩和伊尔莎·浮士德（丽贝卡·弗格森RebeccaFerguson饰），开始试图找到并摧毁钥匙，这也意味着他们将与全世界为敌。而在行动过程中，性感女贼格蕾丝（海莉·阿特维尔HayleyAtwell饰）无意卷入其中，使这场危险游戏变得愈加扑朔迷离……

资深特工伊森·亨特（汤姆·克鲁斯TomCruise饰）也有百密一疏时刻，他在接收最新任务时遭到神秘组织“辛迪加”的暗算落入对方手中。辛迪加是一支由全球各地前特工组成的秘密组织，此前一直被CIA视为空穴来风。在对方成员伊莎·福斯特（丽贝卡·弗格森RebeccaFerguson饰）的帮助下，伊森逃出生天，并及时向威廉•布莱德（杰瑞米·雷纳JeremyRenner饰）汇报了辛迪加确切存在的消息。然而此时布莱德的日子并不好过，他负责的IMF机构因俄罗斯核弹头等事件遭到CIA指控并责令解散。在得知该组织密谋刺杀奥地利总统时，伊森联系上了老搭档班吉·邓恩（西蒙·佩吉SimonPegg饰）展开行动，并于谜样女郎伊莎再度相会。接下来的一连串事件中，辛迪加的真面目逐渐揭开，而他们也终于显露出真实的目的……