Voilà trois ans qu'Austin Powers est parvenu à mettre un terme aux sombres agissements du docteur Denfer. Mais celui-ci réussit à s'échapper de sa prison de haute sécurité. Son objectif : remonter dans le temps et enlever le père d'Austin.
L'agent secret Austin Powers excelle dans l'art de séduire et de combler les femmes. Son secret : le "Mojo", une essence aux vertus aphrodisiaques avérées. Le docteur Denfer, son ennemi juré, parvient à dérober cette potion magique et à prendre la fuite à bord de sa machine à remonter le temps...
Natalie Cook, Dylan Sanders et Alex Munday, un trio de charme et de choc, travaillent pour un milliardaire dont elles ne connaissent que le prénom, Charlie. Celui-ci les charge de retrouver Eric Knox, le créateur d'un logiciel révolutionnaire.
En 1967, Austin Powers, le meilleur des agents secrets britanniques, se fait congeler après que son ennemi juré, le Docteur Denfer, s'est enfui dans l'espace. En 1997 (trente ans après), les deux ennemis sont décongelés et un nouvel affrontement se prépare.