伊森·亨特（汤姆·克鲁斯饰）和队友们接到了追回三个大杀伤性核武器的任务。眼见任务马上就能完成，但为了挽救其中一位队友卢瑟（文·瑞姆斯饰）的生命，三个核武器被人趁机带走。中情局负责人斯隆女士（安吉拉·贝塞特饰）调来她手下的得意猛将沃克（亨利·卡维尔饰），让他盯着伊森·亨特完成追回核武器的任务。期间，女特工伊尔莎（丽贝卡·弗格森饰）突然出现，伊森·亨特发现，他要面对的并不只是恐怖分子，还有潜藏在政府部门的内鬼。
故事取材自《西游记》第五十七回“真假孙悟空”，讲述孙悟空中了黄眉老怪的奸计，被关押至一座神秘洞穴之中，法力全失、金箍棒也被收缴。黄眉老怪在这神秘山洞中建立了难以撼动的强大军队，囚禁着各路妖怪，在得力战将牛魔王的帮助下，设立了生死场，让小妖在此拼杀，死了的便夺走其灵力，将灵力灌入泥巴造出了六耳猕猴，试图取代真正的孙悟空，洞穴成了残酷的杀戮战场。六耳猕猴假扮花果山猴子，与孙悟空朝夕相处。孙悟空在洞穴中受尽欺压，曾一度陷入绝望，习惯单打独斗的他被迫与众妖联手自救，在一次次的失败中逐渐悟出“大圣”二字的真正含义。最终，被取走石心的孙悟空涅槃重生，与黄眉老怪决一死战，并率领大家逃离山洞。
