Di Istanbul, agen MI6 James Bond bersama Eve Moneypenny mengejar tentara bayaran Patrice yang mencuri hard drive berisi identitas agen rahasia NATO. Kejar-kejaran berujung duel di atas kereta yang melaju kencang.

Dalam situasi genting, M memerintahkan Moneypenny menembak Patrice meski bidikannya tidak jelas. Tembakan itu justru mengenai Bond hingga ia terjatuh ke sungai dan dinyatakan tewas. Patrice pun kabur membawa hard drive tersebut.

Tiga bulan kemudian, M berada di bawah tekanan politik akibat kasus pencurian data itu. Gareth Mallory, ketua Komite Intelijen dan Keamanan Parlemen Inggris sekaligus mantan anggota SAS, mendorong M untuk pensiun.

Namun, M menolak mundur. Di tengah situasi tersebut, server MI6 diretas dan markas MI6 di London meledak setelah M menerima pesan ancaman digital misterius.

Bond, yang ternyata memanfaatkan kematiannya untuk menghilang dan pensiun dini, mengetahui serangan itu dan kembali ke London. Meski gagal dalam sejumlah tes fisik, medis, dan psikologis, M tetap mengizinkannya kembali bertugas.

Bond diperintahkan mencari siapa dalang di balik Patrice, merebut kembali hard drive, dan menghabisi sang tentara bayaran. Ia juga bertemu Q, kepala perlengkapan MI6 yang baru, dan dibekali pelacak radio serta pistol Walther PPK.

Penyelidikan membawa Bond ke Shanghai, di mana ia menyaksikan Patrice melakukan pembunuhan. Keduanya terlibat perkelahian hingga Patrice tewas sebelum sempat mengungkap siapa majikannya. Petunjuk berupa chip kasino mengarahkan Bond ke Makau. Atas perintah Mallory, Moneypenny ikut membantu misi ini.

Di Makau, Bond bertemu Severine, rekan Patrice. Dari tato di tubuhnya, Bond menyimpulkan Severine dulunya adalah korban perdagangan manusia yang kini bekerja untuk sosok kriminal berbahaya. Severine menawarkan bantuan dengan syarat Bond membunuh atasannya. Setelah lolos dari serangan para pengawal, Bond berlayar bersama Severine menuju sebuah pulau terpencil. Namun, mereka justru ditangkap dan diserahkan kepada majikan Severine, Raoul Silva.

Silva mengungkap dirinya sebagai mantan agen MI6 yang berubah menjadi teroris siber dan dalang di balik serangan terhadap MI6. Ia membunuh Severine di hadapan Bond. Bond kemudian mengaktifkan pelacak pemberian Q, sehingga pasukan MI6 berhasil menangkap Silva dan membawanya ke Inggris.

Di markas MI6 bawah tanah yang baru, Q mencoba membongkar laptop Silva. Tanpa disadari, tindakan itu justru memberi akses Silva ke sistem MI6 dan memuluskan pelariannya. Bond dan Q menyadari bahwa Silva memang sengaja tertangkap sebagai bagian dari rencana besarnya untuk membunuh M.

Terungkap bahwa Silva menyimpan dendam mendalam pada M karena pernah menyerahkannya kepada pemerintah Tiongkok saat penyerahan Hong Kong pada 1997. Silva disiksa hingga cacat akibat percobaan bunuh diri menggunakan sianida. Setelah kabur, Silva dikejar Bond melalui jaringan kereta bawah tanah London hingga Bond berhasil menggagalkan upaya Silva menyerang sidang parlemen yang dihadiri M.