Carmen et Juni adorent l'histoire que leur raconte leur maman avant qu'ils ne s'endorment, celle de l'espion et de l'espionne qui tombent amoureux l'un de l'autre, alors qu'ils avaient pour mission de s'éliminer. Ce que les deux petits ignorent, c'est que l'histoire n'a rien d'imaginaire et que leurs parents, Ingrid et Gregorio, étaient des super-agents secrets. L'autre idole de Juni est Floop, la star télé de tous les enfants. Mais le jeune garçon ne soupçonne pas ce qui se cache réellement derrière ses innocentes émissions.

Le sauvetage fort spectaculaire de leurs parents a valu à Juni et Carmen de faire partie des espions les plus réputés du métier. Ils sont à présent chargés d'une mission des plus périlleuses : mettre la main sur un système diabolique, capable de détruire les instruments électroniques du globe, et le neutraliser au plus vite. Ils ignorent tout de cette terrifiante machine, sinon qu'elle se situe sur une île perdue au milieu de l'océan. Ils doivent avant tout savoir qui la contrôle, afin d'anéantir l'ensemble de l'organisation à l'origine d'une telle invention. Mais leur parcours est semé d'embûches. En effet, dès leur arrivée sur l'île, ils sont confrontés aux étranges créatures qui peuplent les lieux...

Le plus célèbre des Spy kids, Juni Cortez, a démissionné. S'estimant trahi par l'agence, il refuse désormais de travailler pour l'OSS. Pourtant, lorsque le garçon apprend que sa sœur, Carmen, est en danger, il n'hésite pas. Pour avoir tenté de percer le diabolique secret d'un jeu vidéo qui capture l'esprit de ceux qui perdent, la jeune fille en est restée prisonnière. Ce jeu-événement, le bien nommé Game Over, sera mis en vente dans quelques heures... Derrière cette arme aussi sournoise que redoutable se cache Le Toymaster, un créateur génial qui s'apprête à prendre le contrôle du cerveau de tous les jeunes de la planète. Pour Juni, il n'y a pas une seconde à perdre. Afin de sauver sa sœur et l'avenir du monde, il doit gagner la partie, et il ne peut le faire que de l'intérieur...

Rebecca et Cyril Wilson sont des jumeaux, fille et garçon du reporter Wilbur Wilson. Ce dernier est marié à Marissa Cortez, sans savoir qu'elle est un ancien agent de l'OSS (Organization of Super Spies). L'OSS est devenu l'agence d'espions n°1 depuis la fermeture de la division Spy Kids. Alors qu'un méchant Oni surnommé le « Timekeeper » menace la Terre, Marissa est rappelée par le chef de l'OSS. Cyril et Rebecca sont alors recrutés par l'agence et doivent faire équipe malgré leurs différents avec leur belle-mère. Ils seront aidées par Juni et Carmen Cortez, anciens agents Spy Kids...