Já fazem 3 anos desde o último confronto entre Austin Powers (Mike Myers) e seu arquiinimigo Dr. Evil (Mike Myers), que fez com que Evil e seu comparsa Mini-Me (Verne Troyer) fossem levados à prisão. Entretanto, a dupla consegue escapar da penitenciária e, juntamente com Goldmember (Mike Myers), elabora mais um arrojado plano de dominação mundial, que envolve uma viagem no tempo e ainda o sequestro de Nigel Powers (Michael Caine), pai de Austin e o mais renomado espião de todos os tempos. Austin também viaja no tempo para deter os planos do trio de vilões, reencontrando em 1975 uma antiga namorada, Foxxy Cleopatra (Beyoncé Knowles), que o ajudará em seus planos.