Cela fait maintenant trois ans que le célèbre espion Austin Powers a mis le docteur Denfer hors d'état de nuire. Mais ce dernier et son assistant Mini-Moi parviennent à  s'échapper d'une prison haute sécurité.
Le docteur Denfer s'adjoint les services du mystérieux Goldmember. Il décide alors de remonter dans le temps, destination 1975, pour kidnapper Nigel Powers, le père d'Austin et également un des plus grands agents des services secrets britanniques. L'excentrique et énigmatique Goldmember projette par ailleurs de dévier une gigantesque météorite d'or pur afin qu'elle entre en collision avec la Terre.
L'espion shaggadélique se téléporte lui aussi en 1975 et fait équipe avec son ancienne et élégante petite amie, Foxxy Cleopatra, devenue détective, pour secourir son cher paternel et sauver le monde.