Um grupo de militares especiais dos EUA é designado para proteger o transporte de armas especiais, equipadas com nanotecnologia e de enorme potencial de destruição. No caminho, o comboio é interceptado por um grupo terrorista liderado pela Baronesa (Sienna Miller), que quer levar as armas de qualquer jeito. Os soldados, liderados por Duke (Channing Tatum) e Ripcord (Marlon Wayans), são dizimados e os dois sobreviventes ainda lutam para evitar o roubo quando a equipe dos G.I. Joe chega e os ajuda. A dupla resolve, então, que quer entrar no grupo e conhece o General Hawk (Dennis Quaid), que resolve testá-los. Enquanto isso, James McCullen (Christopher Eccleston), dono da empresa que desenvolveu as armas, trama para destruir os G.I. Joe e conta com a ajuda da Baronesa e de um exército de combatentes alterados geneticamente. O duelo entre as forças do bem e do mal já visto nos desenhos animados e nos bonecos que foram moda nos anos 80 ganha cores reais e efeitos especiais fantásticos na tela do cinema e, agora, na casa do brasileiro.