Xander Cage (Vin Diesel), alias XXX, es un rebelde amante de los deportes extremos que adora romper las normas, y que colabora como agente encubierto del gobierno participando en numerosos episodios de riesgo. Tras un fatídico incidente, motivo por el cual todos le dan por muerto, Cage sale de su exilio auto impuesto y vuelve a la acción de incógnito, acompañado de su agente instructor Augustus Gibbons (Samuel L. Jackson).
En esta ocasión, Cage le seguirá la pista a Xiang (Donnie Yen), un autoritario y peligroso guerrero. Envuelto en una letal conspiración que parece apuntar a las más altas esferas de gobierno del mundo, su aventura será una carrera a contrarreloj para intentar recuperar a toda costa un arma siniestra y al parecer imparable, conocida como La Caja de Pandora. Para ello, XXX reclutará a todo un nuevo equipo de aventureros y adictos a la adrenalina.