2차 세계대전이 끝난 뒤 카터 요원은 ‘전략적 과학 보호기구(SSR)’ 남자 요원들에게 여자라고 무시당한다. 그런 그녀 앞에 자신이 발명한 죽음의 무기가 암시장에 나오는 바람에 반역자로 의심을 받고 있는 발명가 하워드 스타크가 나타난다. 그는 자신의 발명품을 훔쳐간 자를 잡아서 자신의 결백을 밝혀달라고 카터에게 부탁하면서 자신의 집사 에드윈 자비스를 그녀의 조수로 남기고 간다.

하워드 스타크의 치명적인 무기가 결국 적의 수중에 들어간다. 이를 회수해올 수 있는 사람은 카터 요원뿐. 카터는 그걸 운반하는데 쓰였으리라고 짐작되는 트럭부터 찾아 나서고 자비스는 카터가 극구 사양하는데도 카터를 돕겠다며 계속 동행한다. 과연 카터는SSR의 둘리 국장과 톰슨 요원에게 들통나기 전에 비밀 임무를 달성할 수 있을 것인가?