ברבי וחברותיה הטובות ביותר טרסה וריני, הופכות ממתעמלות חרוצות לסוכנות סמויות. כשכישורי ההתעמלות יוצאי הדופן שלהן תופסים את עיניה של סוכנות בילוש-על, הבנות נשלחות במהרה לעקוב אחרי רמזים המובילים אותן לחתול גונב אבני החן, שמצליח לחמוק מידיהם של כולם. כשהן מצוידות בגאדג'טים חדישים עם טכנולוגיה מתוחכמת, שלל תחפושות וחיות מחמד רובוטיות חמודות, נשאלת השאלה האם הן יצליחו להוכיח ששילוב של חוכמה, אלגנטיות ועבודת צוות מספיקים להשלמת המשימה?