Em 1967, o espião francês Hubert Bonisseur de la Bath (Jean Dujardin), o Agente 117, é enviado em uma missão especial. Considerado o melhor no seu trabalho, ele viaja até o Rio de Janeiro para tentar encontrar um ex-nazista do alto escalão que depois da Segunda Guerra Mundial, se refugiou no Brasil. Com esse objetivo em mente, ele viaja do Rio até Brasília e também passa pelas Cataratas do Iguaçu, tudo ao lado de outro agente, que também está nessa missão com ele. Ao ritmo de bossa nova, o que era pra ser uma viagem de trabalho se transforma em uma aventura e também em uma história de amor.
