Natalie (Cameron Diaz), Dylan (Drew Barrymore) og Alex (Lucy Liu) er tre svært forskjellige kvinner; Natalie er den sjenerte og ordentlige, Dylan er den litt mer tøffe og rufsete og glad i en god flørt, mens Alex er den snobbete og "perfekte". Men til sammen utgjør de den uslåelige trioen "Charlie's Angels", som utfører hemmelige oppdrag for en god sak til 20 i stil. De er ledet av den mystiske sjefen Charlie (som de aldri har sett), og med seg på laget har de den klumsete sidekicken Bosley (Bill Murray), som sørger for at englene har kontakt med Charlie. Når et par hevngjerrige folk, Eric Knox (Sam Rockwell) og Vivian Wood (Kelly Lynch), har skumle planer med firmaet "Red Star", tar de naturligvis saken.