O filme começa com os agentes do MI6 James Bond (007) e Alec Trevelyan (006) infiltrando uma fábrica de armas químicas soviética em Arkhangelsk para destruí-la. Com a chegada do Coronel Ourumov, Trevelyan é capturado e toma um tiro na cabeça. Bond distrai os guardas, e foge roubando um avião enquanto as minas plantadas explodem.
Cinco anos depois,ao rodar nas montanhas com seu Aston Martin, sendo avaliado por Marie, psicóloga do MI-6, James Bond acaba disputando uma inesperada corrida com uma estonteante e ousada mulher em sua Ferrari vermelha em,que acaba sumindo pela estrada.Bond,então,faz amor com Marie no Astor Martin. Mais tarde, no cassino do hotel em Monte Carlo, Bond volta a encontrá-la, e descobre que ela é Xenia Zaragevna Onatopp, uma georgiana com conexões com a organização criminosa Janus. Xenia está com um almirante canadanse,mata-o durante o ato sexual com uma poderosa chave de pernas, e assim conseguir junto com Ourumov (agora um general) roubar no dia seguinte o poderoso helicóptero Tiger, invísivel a radar e imune a pulso eletromagnético.
O general Ourumov e Xenia Onatopp vão de helicóptero até a base espacial terrestre em Severnaya, no norte da Rússia. Xenia é encarregada de metralhar todos os presentes, o que faz com muito prazer, após os dois conseguirem ter o controle do satélite GoldenEye, que pode causar uma tempestade eletromagnética (detonando uma bomba nuclear na atmosfera) em qualquer ponto do mundo que quiserem. Os dois fogem com o programador traidor Boris Grishenko enquanto detonam o GoldenEye para esconder o roubo. Apenas a programadora Natalya Simonova sobrevive, mas é presa pelos vilões com a ajuda de Boris.
Ao mesmo tempo em Londres, M ordena Bond a investigar o ataque. 007 viaja para São Petersburgo, onde se encontra com o agente da CIA Jack Wade, que sugere um encontro com um mafioso traficante de armas Valentin Zukovsky. Zukovsky arranja um encontro de Bond com o líder do Janus, com o intuito de assim reduzir sua concorrência.A noite,Xenia tenta matar Bond durante o ato sexual,mas falha e é obrigada a levar Bond ao lider.
O líder se revela Alec Trevelyan, que fingira sua morte mas acabara desfigurado porque Bond havia antecipado a detonação das minas. Trevelyan justifica seus atos por ser filho de cossacos entregues pelo governo britânico á Stalin em 1945. Bond é nocauteado, e quando acorda está amarrado com Natalya no Tiger, que ativou sua auto-destruição. Após sair do helicóptero ejetando a cabine, os dois são presos pelo Ministro da Defesa russo, Dimitri Mishkin.
Em um interrogatório, Natalya delata Ourumov – porém o general chega, mata Mishkin e leva a programadora embora em um carro. Bond se esquiva dos guardas e após sair do prédio persegue Ourumov em um tanque T-55, conseguindo alcançá-lo no trem de Janus. Lá Bond mata o general,Alec e Xenia escapam e Natalya rastreia Boris, encontrando-o em Cuba, antes dos dois fugirem da auto-destruição do trem.Eles se beijam e fazem amor.
Na ilha, Bond e Natalya pegam um avião com Jack Wade,a noite fazem amor e no dia seguinte são derrubados por um míssil sobrevoando uma selva. Ao acordarem,são atacados por Xenia.Ela desce por uma corda, presa ao helicóptero, e domina 007 com sua pernas para terminar seu serviço. Natalya acorda com o barulho e tenta acertá-la, mas Xenia é mais rápida. Facilmente bate em Natalya, sem ao menos sair de cima de 007. Quase no fim de suas forças, 007 consegue prender Xenia novamente ao helicóptero e pegar a metralhadora dela, atirando na aeronave. Xenia não se abala até que o helicóptero perde o controle e a puxa, soltando 007 de suas pernas e a apertando contra galhos de árvore,até morrer.Minutos depois, enquanto adentram a selva, Bond e Natalya vêem um lago ser drenado, revelando uma imensa antena. Infiltrando a estação de controle, descobrem uma réplica de Severnaya. Bond é capturado pelos guardas, e Trevelyan revela que planeja desviar todo o dinheiro do Bank of England para logo em seguida detonar o GoldenEye sobre Londres, escondendo o roubo e “devolvendo o Reino Unido á Idade da Pedra”.
Mas ao mesmo tempo Natalya apossou-se de um computador para desviar o satélite para reentrada atmosférica, destruindo-o. Enquanto Trevelyan captura a russa e ordena Grishenko a corrigir a situação, Bond detona uma caneta-granada e foge para o receptor da antena. Lá ele sabota a antena, impedindo-a de se mexer e assim sabotando as tentativas de Grishenko, antes de iniciar uma luta com Trevelyan. Bond joga o inimigo no refletor da antena antes de pegar um helicóptero tomado por Natalya. O receptor cai, matando Trevelyan e detonando tanques de nitrogênio líquido que congelam Grishenko. Ao caírem na selva, Bond e Natalya tentam fazer amor,mas são resgatados por Jack Wade e os fuzileiros navais americanos.
