La misión de James Bond le lleva hasta Le Chiffre (Mads Mikkelsen), banquero de terroristas mundiales. Para detenerle y desmantelar la red terrorista, Bond debe derrotar a Le Chiffre jugando al poker con apuestas muy fuertes en el Casino Royale. Al principio Bond se enfada cuando una bella oficial del Tesoro Británico, Vesper Lynd (Eva Green), es asignada para entregar su apuesta para el juego y vigilar el dinero del gobierno. Pero, mientras Bond y Vesper sobreviven a una serie de ataques letales de Le Chiffre y sus secuaces, se desarrolla una atracción mutua que les lleva hacia un peligro todavía mayor y hacia unas situaciones que marcarán la vida de Bond para siempre.
