In einem Prolog Mitte der 80er infiltrieren Bond und sein MI6‑Kollege Alec Trevelyan (006) eine sowjetische Chemiewaffenanlage in Archangelsk. Bei der Sabotageaktion wird Trevelyan scheinbar von Colonel Ourumov erschossen, während Bond in einem spektakulären Stunt mit einem stürzenden Flugzeug entkommt. Jahre später, nach dem Ende der Sowjetunion, verfolgt Bond in Monaco die Killerin Xenia Onatopp, die einen Admiral beim Liebesspiel erdrosselt, um Zugang zu einem experimentellen Kampfhubschrauber (Tiger) zu erhalten.

Der Tiger wird zu einer russischen Radarstation in Severnaya gebracht, wo zwei militärische Satellitenkontrollsysteme namens GoldenEye stationiert sind. Xenia und Ourumov stürmen die Anlage, töten fast alle Mitarbeiter und feuern einen GoldenEye‑Satelliten ab, der mittels elektromagnetischem Impuls die Station und ein umliegendes Gebiet zerstört. Nur die Programmiererin Natalya Simonova überlebt versteckt den Angriff und flieht.

MI6 beobachtet die GoldenEye‑Detonation aus dem Hauptquartier in London und schickt Bond nach Russland, um herauszufinden, wer hinter dem Diebstahl steht. Bond wird in St. Petersburg von CIA‑Kontakt Jack Wade unterstützt und nimmt Kontakt zum zwielichtigen Janus‑Syndikat auf, hinter dem sich überraschend der totgeglaubte Trevelyan verbirgt. Trevelyan enthüllt, dass er ein Nachfahre der Lienz‑Kosaken ist, die von den Briten nach dem Zweiten Weltkrieg an Stalin ausgeliefert wurden, und dass er den britischen Staat für den Verrat an seiner Familie bestrafen will.

Mit der Kontrolle über den zweiten GoldenEye‑Satelliten plant Trevelyan, London mit einem EMP anzugreifen, nachdem er zuvor gigantische Geldtransfers vorgenommen hat, um die Finanzmärkte zu manipulieren. Bond wird gefangen genommen, kann aber zusammen mit Natalya, die Ourumovs Beteiligung bezeugt, entkommen, während Ourumov in einem Zug von Bond erschossen wird. Natalya hackt sich in den Satelliten, um dessen Umlaufbahn zu verändern, wird aber erneut von Xenia und Trevelyan entführt.

Die Spur führt nach Kuba, wo Trevelyan eine versteckte Dschungelbasis mit einer gigantischen Funkantenne betreibt. Bond und Natalya werden abgeschossen, überleben den Crash und dringen in die Anlage ein. Xenia greift Bond in einem Kampf zwischen den Baumkronen an, wird aber von einem abstürzenden Helikopter, den Bond an sie gekettet hat, zermalmt.

In der unterirdischen Kontrolleinheit versucht Natalya, den GoldenEye zum Atmosphäreneintritt zu zwingen, während Trevelyan und der verräterische Programmierer Boris die Kontrolle zurückzuerlangen versuchen. Als Boris Bonds Explosivstift nervös klickt, löst er eine Explosion aus, die Chaos stiftet und Bond und Natalya die Flucht ermöglicht. Auf der sich öffnenden Antennenstruktur liefern sich Bond und Trevelyan einen brutalen Nahkampf; Bond lässt ihn schliesslich aus grosser Höhe in das Schüsseltal stürzen und entkommt, bevor die explodierende Antenne Trevelyan endgültig erschlägt. Der GoldenEye‑Satellit verglüht in der Atmosphäre, und Bond und Natalya werden nach einem Moment vermeintlicher Zweisamkeit von Wade und US‑Marines «gerettet».