London 1999. Austin Powers (Mike Myers) und seine frisch-gebackene Ehefrau Vanessa (Elizabeth Hurley) sind in den Flitterwochen. Zufällig erfährt Austin, daß Vanessa gar keine Frau ist, sondern ein Fembot (ein Frauen-Roboter) der von Dr. Evil geschickt wurde, um Austin auszuschalten.

Dr. Evil (Mike Myers) hat sich inzwischen wieder auf die Erde befördern lassen. Nachdem er diesmal nur für kurze Zeit wieder gefroren im All weilte, hat er einen neuen Plan Austin Powers auszuschalten. Er will, zusammen mit seinem Klon MiniMe ins Jahr 1969 reisen, um Austins Mojo (seine Männlichkeit) zu stehlen. Dies gelingt ihm und seinem Plan die USA zu erpressen steht nun nichts mehr im Wege. Er placiert einen Laser auf dem Mond, mit dem er nach und nach amerikanische Städte vernichten will, wenn die USA ihm nicht 100 Millarden $ (im Jahr 1969) zahlen.

Austin reist daraufhin auf sich allein gestellt (Vanessa hat er ja nun nicht mehr) auch in die Vergangenheit, um Dr. Evil sein Mojo wieder abzunehmen. Er lernt die CIA-Agentin Felicity Schickfick (Heather Graham) kennen, die ihm gerne hilft, die Welt zu retten.