Barbie et ses deux meilleures amies, Teresa et Renée, des gymnastes professionnelles de talent, sont repérées à l'issue d'un entraînement par une agence de renseignement et recrutées pour agir sous couverture. Les nouvelles espionnes sont envoyées sur la piste d'une redoutable cambrioleuse, amatrice de pierres précieuses, qui pourrait représenter un véritable danger pour la planète. Personne n'est encore parvenu à l'arrêter. Grâce à des gadgets de haute technologie, des costumes glamour et des animaux-robots, Barbie et ses amies vont prouver qu'une équipe soudée peut accomplir n'importe quelle mission...