影片圍繞間諜小說作家葉利·康韋（布萊絲·達拉斯·霍華德飾）創作的特工阿蓋爾系列展開。葉利的小說詳細描述神秘特工阿蓋爾（亨利·卡維爾飾）瓦解全球間諜集團"雅典娜"的任務，但其虛構情節竟與現實中代號相同的秘密組織行動高度吻合。在自稱英國軍情六處特工艾登（山姆·洛克威爾飾）的保護下，葉利帶著寵物貓阿爾菲穿越多國，在追殺中試圖破解小說與現實的關聯。隨著調查深入，葉利發現"雅典娜"通過竊取其手稿將小說內容變為真實行動，而艾登的真實身份實為已故傳奇特工阿蓋爾的搭檔。最終葉利以小說創作反向干擾"雅典娜"計劃，揭露該組織滲透各國情報系統的陰謀，并通過阿爾菲攜帶的加密手稿完成對虛構特工阿蓋爾身份的終極解構。