两千多年前，古罗马指挥官马克·安东尼送给克丽奥佩脱拉七世三颗宝石彩蛋作为结婚礼物，以示忠诚。直到1907年在考古挖掘中被重新发现后，这些蛋才逐渐消失。虽然两颗蛋被找回，但最后一颗下落不明。2021年，联邦调查局顶尖犯罪侧写师约翰·哈特利探员与国际刑警组织的瓦希·妲丝督察调查罗马圣天使城堡国家博物馆的一颗彩蛋;但彩蛋早被调包，妲丝下令封馆，但国际艺术大盗诺兰·布斯仍在哈特利的追捕下设法逃脱。
两天后，布斯带着彩蛋回到位于巴厘岛的家，但哈特利和妲丝以及国际刑警组织的一支突击队早守候于此。他们逮捕了布斯并将彩蛋收押。但未料“主教”莎拉·布莱克伪装成突击队员偷偷将彩蛋调包并带走真品。隔天，妲丝找上哈特利，认为真彩蛋失窃一事他嫌疑重大。结果，她将哈特利关进一座偏远的俄罗斯监狱，与布斯同房。
布莱克来到监狱向布斯提议他们一起寻找第三颗彩蛋，向哈特利透露布斯撒谎且知晓其下落。布斯拒绝后，哈特利随后向布斯建议他们合作击败布莱克，并指出如果他能逮捕布莱克，那布斯就能成为世界第一的艺术大盗。在一番斗争后，两人成功越狱，并前往巴伦西亚，计划在一场化装舞会上偷走第二颗彩蛋。该彩蛋由臭名昭着的军火商索托·沃切持有。他们在那也碰上具有同样目标的布莱克。三人到达沃切的金库，布莱克与两人打了起来，最后将他们铐在一起。沃切抵达后，透露自己与布莱克合作，并将哈特利和布斯囚禁。沃切和布莱克折磨哈特利，相信布斯已经泄露了第三颗彩蛋的下落;布斯最后说出蛋在埃及，令布莱克背叛沃切，自己离开。
布斯表示实际上第三颗彩蛋在阿根廷，过去从父亲的心爱手表上得知;该手表曾经属于阿道夫·希特勒的私人艺术策展人鲁道夫·泽奇。泽奇将自己的一切宝物都藏在阿根廷。哈特利和布斯进入阿根廷的丛林，并从一处神秘的地下宝库中找到了第三颗彩蛋。布莱克前来用枪指着两人，意图带走彩蛋，却被妲丝及一票阿根廷警察打断。哈特利、布斯和布莱克开车躲进一座废弃铜矿，妲丝等人则开着装甲车追赶。最终，哈特利、布斯和布莱克从瀑布顶部跌落，甩开了妲丝。三人生还，布斯也拿到了彩蛋，却发现原来哈特利与布莱克实际上是相互爱恋且合作的搭档，皆以“主教”为别名。布斯交出了彩蛋，并被两人铐在热带雨林的一棵树上。
在开罗，哈特利和布莱克将三颗彩蛋交给了一位埃及亿万富翁买家，后者将这宝物送给了女儿的婚礼(重现马克·安东尼给克丽奥佩脱拉七世的献礼);但新娘明显更喜欢婚礼歌手艾德·希兰。妲丝随后突袭婚礼，逮捕在场的富翁一家，并收押彩蛋。
哈特利和布莱克在游艇上再次遇到了布斯。布斯告诉他们，已将两人的开曼群岛账户让妲丝冻结，其中包含埃及富翁的3亿美元报酬，哈特利和布莱克的财产一无所有。布斯利用他们身无分文的困境提出了一票新的抢劫案合作，哈特利和布莱克答应与布斯前往下一个目标所在地：巴黎卢浮宫。与此同时，妲丝对哈特利、布斯和布莱克发出“红色通缉令”。