Situada con el telón de fondo del auge de la Guerra Fría, "Operación U.N.C.L.E." se centra en el agente de la CIA Napoleon Solo y el agente de la KGB Illya Kuryakin.

Obligados a apartar sus diferencias, largamente arraigadas, ambos se unen para formar un equipo que llevará a cabo una misión conjunta para poner fin a una misteriosa organización criminal internacional, que pretende desestabilizar el frágil equilibrio de poder resultante de la proliferación de armas y tecnología nuclear.

La única pista que tienen es la hija de un científico alemán desaparecido, que es la clave para infiltrarse en la organización criminal, y deben luchar contra el tiempo para encontrar al científico y evitar una catástrofe mundial.