El doctor Maligno regresa del espacio, cuando el agente secreto británico Austin Powers descubre en su luna de miel que su esposa Vanessa es un robot controlado por Maligno. Por su parte, el doctor Maligno continúa enfadado con su hijo Scott y desarrolla una estrecha relación con sí mismo. Bueno, realmente, con un clon de 1/8 de su tamaño a quien apoda Miniyó.

Pero eso no es lo peor: el doctor Maligno usa un aparato que llama una Máquina del Tiempo para viajar de regreso a 1969 y robarle a Austin Powers el mojo (impulso sexual) con ayuda de su compinche, el repugnante Gordo Cabrón. Acto seguido, el doctor Maligno empieza su plan de poner un gigantesco cañón láser en la Luna, convirtiendo a nuestro satélite en lo que llama una Estrella de la Muerte o Proyecto Alan Parson.

Afortunadamente para Powers, su jefe Johnny Mentero le informa que la Inteligencia británica también tiene una máquina del tiempo, de modo que el agente impotente viaja al Londres de 1969 para, con ayuda de la bella agente Marifé Lación, recobrar su vitalidad y frustrar los malignos planes de Maligno...