ในการหายตัวไปของ บอสลี่ย์ (รับบทโดย บิล เมอร์เรย์) อาชญากรรมเริ่มทวีคูณความรุนแรงมากขึ้นได้ทำให้องค์กรสายลับที่ถูกเรียกว่านางฟ้าชาร์ลี้ที่ประกอบด้วยสายลับสาวทั้งสามคนต้องหาทางหยุดผู้ก่อการร้ายที่ต้องการเทคโนโลยีในการทำลายล้างสูง ซึ่งถูกควบคุมจากซอฟต์แวร์ระบุเสียงที่ถูกขโมยไป นอกจากนี้พวกเธอทั้งสามคน นาตาลี (รับบทโดย คาเมรอน ดิอาซ) , ดีแลน (รับบทโดย ดรูว์ แบร์รี่มอร์) และ อเล็กซ์ (รับบทโดย ลูซี่ หลิว) ต้องถูกเปิดเผยที่อยู่จากคนรักที่แทรกซึมมาเพื่อสังหารพวกเธอในที่พักอันลึกลับ