Setelah kehilangan Ilsa Faust, Ethan Hunt semakin terdorong untuk menghentikan The Entity, sebuah AI berbahaya yang mengancam stabilitas global. Bersama timnya—Benji Dunn (Simon Pegg), Luther Stickell (Ving Rhames), dan Grace (Hayley Atwell)—Ethan berusaha menemukan kode sumber The Entity yang tersembunyi di dalam kapal selam Rusia yang tenggelam.
Misi ini membawa mereka ke berbagai lokasi berbahaya, termasuk pertempuran di pegunungan bersalju dan pengejaran di kota-kota besar. Gabriel, yang memiliki masa lalu kelam dengan Ethan, berusaha mendapatkan kendali penuh atas The Entity untuk tujuan jahatnya. Sementara itu, Grace, seorang pencuri ulung, harus memutuskan apakah akan bergabung sepenuhnya dengan IMF?