Un an après avoir déjoué le FBI et gagné l'adulation du public avec leur spectacle de magie, les membres restants des 4 Cavaliers — J. Daniel Atlas (Jesse Eisenberg), Merritt McKinney (Woody Harrelson) et Jack Wilder (Dave Franco) — vivent dans la clandestinité en attendant d'autres instructions de L’Œil, la société secrète des magiciens qui les a recrutés dans le premier film. Atlas, ayant mûri, fatigué d'attendre une mission, cherche L’Œil par lui-même. Sa recherche le conduit à un tunnel souterrain dans lequel il entend une voix qui lui dit que son attente approche de sa fin. Comme il retourne à son appartement, il trouve l’illusionniste Lula May (Lizzy Caplan) dans son appartement. Contrecarrant ses tentatives pour la lier, elle s’échappe. Atlas va ensuite rencontrer le reste de l'équipe au moment où leur gestionnaire, l’agent du FBI Dylan Rhodes (Mark Ruffalo), leur attribue finalement une nouvelle mission, exposant l’homme d'affaires corrompu Owen Case (Ben Lamb), dont le nouveau logiciel vole secrètement des données sur ses utilisateurs pour le bénéfice de la société Octa. Lula est ajoutée à l'équipe pour remplacer l'ancien membre Henley Reeves (Isla Fisher), qui a quitté les Cavaliers.
Danny Ocean convoque ses complices à Las Vegas : leur ami et mentor Reuben Tishkoff a été victime d'un infarctus du myocarde. La raison ? Son association avec Willy Bank, magnat des casinos réputé sans scrupule et sans pitié. Bank a doublé Tishkoff et l'a laissé pour mort. Les « Ocean's Eleven » décident d'infliger une sévère correction à leur nouvel ennemi. Tous les moyens seront bons : truquer les dés, la roulette, pirater les machines à sous, les mélangeurs de cartes, ruiner le séjour de l'homme chargé d'évaluer l'hôtel pour Royal Review, provoquer un tremblement de terre, et même faire alliance avec leur pire ennemi, Terry Benedict.
Debbie (Sandra Bullock), la sœur de Daniel Ocean qui vient de mourir, sort de prison après cinq ans de détention. Elle a passé tout ce temps à préparer un projet particulièrement ambitieux : il s'agit de dérober le Toussaint, un collier de diamants de Cartier estimé à 150 millions de dollars, lors du gala au Metropolitan Museum of Art de New York, qui est organisé dans le cadre d'une exposition de bijoux royaux.
1978 dans le New Jersey, Irving Rosenfeld, escroc et usurier, a rencontré quelques années auparavant Sydney Prosser, ancienne strip-teaseuse devenue secrétaire dans un magazine de mode, à une fête. Séduits l'un par l'autre, ils ne tardent pas à devenir amants et associés, Sydney améliorant les escroqueries de prêt financier de Rosenfeld en se faisant passer pour une aristocrate anglaise. Bien que formant un couple assorti, Irving, marié, n'est pas prêt à laisser son fils adoptif, Danny, à son épouse, Rosalyn, godiche instable, qui refuse de divorcer. Un jour, l'une de leurs combines vaut à Sydney d'être arrêtée par l'agent du FBI Richie DiMaso, qui est prêt à la relâcher et à abandonner les charges, à condition qu'elle et Irving montent une opération visant à confondre d'autres arnaqueurs de haute volée et à aligner quatre arrestations. DiMaso n'a que cerné en partie le personnage de Sydney, dont il croit toujours qu'elle est anglaise.
En 1821, l'armée mexicaine est sur le point de libérer Mexico du colonialisme espagnol. Vers Las Californias, le cruel gouverneur espagnol Don Rafael Montero est sur le point d'être renversé. Dans un dernier effort pour capturer son ennemi juré, l'épéiste masqué Zorro (Anthony Hopkins), Montero prépare l'exécution de trois innocents. Avec l'assistance de deux frères orphelins, Joaquin et Alejandro Murrieta, Zorro libère les prisonniers. Il récompense les frères Murrieta en leur donnant un médaillon lui appartenant et s'échappe sur son cheval, Tornado, après avoir marqué d'un Z le cou de Montero avec son épée.
Baby est chauffeur pour un gang de braqueurs à Atlanta. Enfant, il a survécu un accident de voiture au cours duquel ses parents sont tués, mais qui lui cause des acouphènes qu'il atténue avec la musique. Il travaille dorénavant pour Doc, le chef du gang, afin de rembourser une dette en compensation d'avoir volé une voiture. Entre deux jobs, il fait des remixes des conversations enregistrées et prend soin de son père adoptif atteint de surdité, Joseph. Un jour, il fait la rencontre de la jeune et jolie Debora, serveuse d'un diner, avec lequel il sympathise avant de commencer à sortir ensemble. Lors d'un nouveau « boulot » au cours duquel un témoin armé l'a poursuivi ainsi que la police avec le gang, avant de parvenir à s'échapper, Baby quitte le monde criminel après avoir payé sa dette auprès de Doc et devient livreur de pizzas. Alors qu'il a invité Debora au restaurant, Baby, pensant fuir un monde qui ne lui ressemble pas, a la désagréable surprise de voir Doc, qui interrompt leur dîner. Ce dernier contraint le jeune homme à participer à un autre coup en dévalisant un bureau de poste, sous peine de s'en prendre à Debora et Joseph.
Dans les années 1930, John Dillinger (Johnny Depp) a trouvé sa vocation dans le braquage de banques. Le FBI fait de lui l'ennemi public numéro 1 et demande à Melvin Purvis (Christian Bale) de le traquer.
Robert MacDougal, dit « Mac », est un gentleman cambrioleur qui peut se prévaloir d’une impressionnante carrière internationale, avec une prédilection pour les œuvres d’art. Sa virtuosité est telle que rien ne semble pouvoir l’arrêter, ce qui en fait la terreur des collectionneurs et des services de sécurité.
Dick est promu vice-président de la toute-puissante Globodyne Corp. Pour lui et sa famille, c'est la promesse d'un avenir radieux, à tel point que sa femme Jane démissionne aussitôt de son travail.
Une équipe de braqueurs prépare l'attaque d'un fourgon blindé à Los Angeles. Leur chef Neil McCauley (Robert De Niro) et ses complices Chris Shiherlis (Val Kilmer), Michael Cheritto (Tom Sizemore) et Trejo (Danny Trejo) peaufinent les derniers détails. Pour réussir leur coup, ils engagent un nouvel associé, Waingro (Kevin Gage). Le braquage, pourtant planifié dans les moindres détails, tourne au bain de sang à cause de ce dernier. Les braqueurs dérobent uniquement 1,6 million de dollars d'un lot de bons au porteur appartenant à un financier véreux, Roger Van Zant (William Fichtner). L'enquête sur le braquage est confiée à Vincent Hanna (Al Pacino), lieutenant aguerri de la police criminelle.
Quatre braqueurs, dirigés par le mercenaire Dalton Russell, prennent d'assaut une des plus grandes banques de Manhattan. Armés et cagoulés, Russell et ses trois complices barricadent toutes les issues et prennent en otage les clients de la banque et le personnel.
Doux et réfléchi, un agent de sécurité passe à l'action lorsque le supermarché dans lequel il travaille est la proie d'une bande de cambrioleurs très bien organisée. Il sera accompagné d'une vendeuse d'extension de cheveux.
Aucune équipe ne ressemble à celle de l'Agence Tous Risques. Quatre hommes, hyper qualifiés et autrefois membres respectés d'une unité d'élite de l'armée, sont chargés d'une mission classée top-secret destinée à les piéger, et qui les conduit en prison pour un crime qu'ils n'ont pas commis. Mais la somme de leurs talents leur permet une évasion sans accroc. Devenus des rebelles, ils décident de blanchir leurs noms et de retrouver les vrais coupables.