资深特工伊森·亨特（汤姆·克鲁斯 Tom Cruise 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 Rebecca Ferguson 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 Jeremy Renner 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 Simon Pegg 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……

伊森·亨特（汤姆·克鲁斯饰）和队友们接到了追回三个大杀伤性核武器的任务。眼见任务马上就能完成，但为了挽救其中一位队友卢瑟（文·瑞姆斯饰）的生命，三个核武器被人趁机带走。中情局负责人斯隆女士（安吉拉·贝塞特饰）调来她手下的得意猛将沃克（亨利·卡维尔饰），让他盯着伊森·亨特完成追回核武器的任务。期间，女特工伊尔莎（丽贝卡·弗格森饰）突然出现，伊森·亨特发现，他要面对的并不只是恐怖分子，还有潜藏在政府部门的内鬼。

影片根据“英国惊悚小说天王”李查德的小说《完美嫌犯》改编。 六发子弹，五名死者，神秘枪手在闹市区制造了一起惨案让整个城市都陷入了恐慌。所有的证据都指向了前军队狙击手詹姆斯·巴尔（约瑟夫·斯科拉 Joseph Sikora 饰）。但他坚持自己的清白并要求把老相识 杰克· 理查尔（汤姆·克鲁斯 Tom Cruise 饰）找来，两人曾同在军队中服役。随着杰克调查的深入，他发现了更大的谜团，炮制这场惨案的真凶似乎另有其人，而别有用心的幕后黑手抓走了巴尔 ，只留下杰克一人探明真相。 六发子弹中有一发漏空的子弹是杀手故意放空的。为了了解狙击手的工作，杰克特意来到了狙击手的训练营找到了一个叫做萨缪尔·卡什（罗伯特·杜瓦尔 Robert Duvall 饰）的教练。在卡什和巴尔妹妹以及律师的帮助下，杰克渐渐走进了事件的中心位置，一个关于苏联改造营和俄罗斯黑帮的秘密也慢慢浮出水面……

特工伊森·亨特（汤姆·克鲁斯 饰）和他的IMF小组将开启迄今为止最危险的一次任务：追踪一种会危及全人类性命的新型武器，并阻止其落入坏人之手。与此同时，伊森曾对抗过的黑暗势力也正在卷土重来，整个世界的命运岌岌可危。面对神秘而强大的敌人，他不得不面对选择使命还是至爱的终极抉择。

影片延续前作剧情，故事从“小丑”亚瑟（华金·菲尼克斯 饰）被捕后展开，他在狱中等待着审判日的到来。然而，就在亚瑟与自己的双重人格缠斗之时，他不仅偶遇真爱，甚至还释放出一直潜藏在内心的旋律。