Früh am Morgen klingeln in Los Angeles ihre Handys: Der nächste Einsatz ruft! Im Büro von Charlies rechter Hand Bosley (Bill Murray) erfahren die Mädchen, dass der Computer-Milliardär Eric Knox (Sam Rockwell) aus dem Parkhaus seines Bürogebäudes entführt wurde - und mit ihm eine brisante Software.

Der charmante und hochintelligente Kopf von Knox Technologies ist im Besitz eines selbst entworfenen Computer-Programms, das Stimmen identifizieren kann. Eine Software also, die noch schlauer ist als jene, die Fingerabdrücke oder Pupillen per Laser erkennt. Glücklicherweise hat Knox` Firmen-Präsidentin Vivian Wood (Kelly Lynch) eine Idee, wer hinter der Entführung stecken könnte: Roger Corwin (Tim Curry). Der Chef von Red Star Systems, der weltweit größten Telekommunikations-Satelliten-Gesellschaft, ist Knox` ärgster Konkurrent und hatte kürzlich versucht, die Software zu kaufen. Doch Knox lehnte ab.

Charlie hört auf Vivians Tipp und setzt zunächst auf die Waffen der Frauen. Als verführerische Geishas verkleidet, deren wohltuende Unterhaltung auch Massagen per Hechtsprung und Füßen beinhaltet, statten die drei Engel Corwin einen Besuch ab. Natürlich nur ein Vorwand, um sich heimlich einen Einblick in seinen Terminkalender zu verschaffen und von seinem Autoschlüssel einen Abdruck zu bekommen.

Auch Bosley tritt in Aktion: Mit Natalie als Kellnerin sowie Dylan und Alex als harmlose Gäste getarnt, besucht er eine von Corwins Parties, auf der er mit dem Tatverdächtigen einen Showkampf in aufgepumpten Sumo-Ringer-Plastikanzügen absolvieren mußs. Während Natalie schwer mit einem Barkeeper flirtet, entgeht ihren beiden Kolleginnen nicht, dass am Rande des Festes ein düsterer dünner Typ mit Gel im Haar auftaucht, der bald darauf das Weite sucht.

Charlies Engel sind schneller: Sie hechten dem Flüchtigen durch ein Nebengebäude hinterher. In einer Sackgasse eröffnet er das Feuer, doch bei den geschickten Ausweichmanövern seiner durchtrainierten Kontrahentinnen hat keine einzige der fliegenden Kugeln eine Chance. Auch seinem blitzenden Säbel trotzen Natalie, Dylan und Alex mit perfekt sitzenden Karatetritten. Den eiskalten Killer werden sie schließlich los. Doch dafür finden sie jemand anderen: Knox! Geknebelt und mit verbundenen Augen hockt der Entführte auf einem Stuhl gefesselt in einem ungemütlichen, nassen Verließ.

Das Opfer ist also wieder da - aber seine Software nicht. Zurück in Bosleys Büro erklärt Knox seinen Retterinnen die Gefahr, die von ihr ausgeht: Das Programm kann das Ende jeglicher menschlichen Intimsphäre auf der ganzen Welt bedeuten, wenn es, wie jetzt passiert, in falsche Hände gelangt. Die Zeit für die Engel drängt, schleunigst den zweiten Teil ihres Auftrags zu erledigen!

Ihr dritter Besuch bei Corwin führt sie, nun als Mechanikerinnen getarnt, zu einem Autorennen. Mit hautengen Anzügen und tiefen Dekolletés gelingt es ihnen, hinter den Kulissen sowohl Corwin als auch seinem Chauffeur schöne Augen zu machen und sich Zugang zu Corwins Wagen zu verschaffen. Doch der Kofferraum ist leer. Zudem entdeckt Natalie auf der Rennpiste den feurigen Widersacher der letzten Partynacht.

Dieses Mal hat er keine Chance zu entkommen: In dem atemberaubenden, tempogeladenen Wettrennen, das sich die unerschrockene Natalie mit ihm liefert, behält sie auf einer Brücke die stärkeren Nerven - sein Wagen bricht aus, stürzt ins Wasser. Um Corwin endgültig das Handwerk zu legen, schickt Charlie die Mädchen schließlich in die Höhle des Löwen, um die Schaltzentrale direkt anzuzapfen: In das Kontrollzentrum von Red Star Systems zu gelangen, scheint so gut wie unmöglich. Lediglich die zwei leitenden Direktoren des Unternehmens haben Zutritt zu der entscheidenden Tür und diese öffnet sich nur nach Kontrolle speziell ihrer Fingerabdrücke und Pupillen. Unsichtbar müsste man sein.

Aber Charlies Engel wären ja nicht Charlies Engel, wenn sie nicht für jedes Problem eine Lösung fänden! Erst betören sie die beiden Beamten nach Feierabend als Bauchtänzerinnen und Jodlerinnen im feschen Dirndl, um ihnen - ganz nebenbei, versteht sich - Fingerabdrücke abzunehmen und ihre Pupillen zu scannen. Dann tauchen sie mit modellierten Händen und Kontaktlinsen bei Red Star Systems als forsche Schulungsleiter auf. Und überlisten tatsächlich die Sicherheitsschleuse!

Erleichterung bei allen Beteiligten. Doch der Beginn dieses genialen Coups entpuppt sich zum großen Entsetzen von Bosley & Co. als Ende eines hinterhältigen Täuschungsmanövers. Denn der Drahtzieher der Entführung und des angeblichen Diebstahls ist - Knox selbst! Der schlaue Fuchs, dessen Charme Dylan inzwischen erlegen ist, bedankt sich bei seiner frisch gebackenen Geliebten für das überwältigende Engagement der Engel mit einer brutalen Schlägerei, bei der Dylan durchs Fenster seines Hauses in die Tiefe stürzt. Auch auf Natalie und Alex werden Anschläge verübt, während sich Knox` gerissene Präsidentin Vivian mit einem Beruhigungsmittel an Bosley heran macht, ihn entführt und sein Büro in die Luft sprengen lässt.

Unter Einsatz ihrer letzten Kräfte starten Natalie, Dylan und Alex zum allerletzten Angriff, um Bosley und ihren Chef Charlie zu retten. Denn Knox` einziges Ziel war es von Anfang an, Zugang zu Corwins Satellitenanlage zu bekommen, um mit Hilfe dessen Technologie und der eigenen Software endlich den Mann zu finden, mit dem Knox noch eine Rechnung offen hat. Ein Mann, der seinen Vater umgebracht haben soll. Ein Mann, der sich seit Jahren versteckt hält. Ein Mann namens - Charlie...