Na začátku příběhu filmu Barbie: Tajná agentka zastihneme naši hrdinku Barbie společně s kamarádkami Terezou a Renée na gymnastickém tréninku. Všechny tři dívky jsou tak šikovné, že jejich schopnosti upoutají pozornost tajné agentury, která po celém světě honí ty největší zločince. V jejím hledáčku se právě objevila rafinovaná zlodějka šperků, která svou hbitostí a mrštností překonává i ty nejnepřekonatelnější překážky.