باربی و بهترین دوستانش ترزا و رنه از ژیمناستیک های سخت کوش به ماموران مخفی تبدیل می شوند. هنگامی که مهارت‌های شگفت‌انگیز ژیمناستیک آن‌ها چشم یک آژانس جاسوسی فوق‌مخفی را به خود جلب می‌کند، دختران به زودی سرنخ‌هایی را از یک سارق گربه دزد جواهر دنبال می‌کنند و از ابزارهای با فناوری پیشرفته، لباس‌های مبدل زیبا و حیوانات خانگی روباتی زیبا برای نجات روز استفاده می‌کنند.