O filme apresenta James Bond antes que o espião possuísse licença para matar. Mas isso não significava que Bond fosse menos mortal e, com dois homicídios profissionais em um curto período, ele é, então, promovido à categoria “00”.
A missão de James Bond (Daniel Craig) como agente 007 o leva até Madagascar. Sua missão é espionar o terrorista Mollaka (Sebastien Foucan), mas nem tudo sai como o planejado. Bond decide espionar por conta própria o restante dos terroristas, o que o leva às Bahamas. Lá ele conhece Alex Dimitrios (Simon Abkarian) e sua namorada Solange (Caterina Murino). Alex está envolvido com Le Chiffre (Mads Mikkelsen), o banqueiro de organizações terroristas espalhadas pelo planeta, que pretende conseguir dinheiro em um jogo de pôquer milionário em Montenegro, no Cassino Royale. O MI6 envia Bond para jogar contra Le Chiffre, sabendo que caso Le Chiffre perca a partida isto desmontará sua organização. Mas para esta tarefa o agente 007 terá a companhia da sedutora Vesper Lynd (Eva Green), enviada por M (Judi Dench) para acompanhá-lo na missão.