Barbie e suas melhores amigas Teresa e Renee se transformam de atletas em agentes secretas, nesta empolgante aventura cheia de ação! Quando suas incríveis habilidades de ginástica chamam a atenção de uma agência de espionagem ultrassecreta, as garotas logo são convocadas para investigar um roubo de pedras preciosas e perseguir a gatuna responsável. Com equipamentos de alta tecnologia, disfarces totalmente na moda e fofos bichinhos-robôs, será que elas vão conseguir provar que, com inteligência e trabalho de equipe, podem solucionar o caso? Essas garotas estão prontas para qualquer missão!

Barbie e suas irmãs, Skipper, Stacie e Chelsea, e seus adoráveis filhotes de cachorros irão vivenciar um inesperado mistério e uma grande aventura quando elas retornam para sua casa em Willows. Ao mexer nas lembranças da avó no sótão, elas descobrem um antigo mapa, que leva até um tesouro perdido e enterrado em algum lugar da cidade. Com os seus cachorrinhos, as quatro irmãs partem em uma emocionante caça ao tesouro, onde irão aprender grandes lições de vida.

Scorch Supernova (Brendan Fraser) é um herói interplanetário bastante conhecido, já que seus feitos costumam ser televisionados para todo o planeta Babum. Isto faz com que ele se torne uma lenda para as crianças, graças também à ajuda de Gary (Rob Corddry), o diretor da Missão BASA Control e seu irmão. Namorando a bela repórter Gabby Tagarela (Sofia Vergara) e tendo o sobrinho Kip (Jonathan Morgan Heit) como fã número um, Scorch tem sua vida alterada aoser enviado em uma missão no planeta proibido, também conhecido como Terra. O problema é que nenhum astronauta retornou de lá e, por causa disto, Gary não quer que o irmão embarque nesta aventura. Scorch nem se importa com os alertas e viaja assim mesmo, não sem antes desfazer a parceria com Gary. Porém, quando Scorch é capturado pelos terráqueos em meio a uma transmissão ao vivo pela TV, Gary não vê outra alternativa a não ser também viajar à Terra para salvá-lo.