Sabina Wilson (Kristen Stewart), Elena Houghlin (Naomi Scott) i Jane Kano (Ella Balinska) pracują dla tajemniczego Charlesa Townsenda, którego agencja ochroniarsko-śledcza rozszerzyła swoją działalność na cały glob. Najmądrzejsze, najodważniejsze i najlepiej wyszkolone kobiety na całym świecie tworzą zespoły Aniołków kierowane przez wielu Bosleyów. Każdy z nich podejmuje się najtrudniejszych zadań, aby walczyć z niesprawiedliwością.

"Aniołki Charliego" opowiada historię kobiet, które zapewniają ochronę prywatnym klientom międzynarodowej agencji Townsend Agency. Członkinie to najsprytniejsze, nieustraszone i przede wszystkim doskonale przygotowane do boju kobiety, które nie boją się żadnych wyzwań. Grupy "Aniołków" są nadzorowane przez Bosleys, osoby koordynujące ich pracę praktycznie na całym świecie. Pewnego dnia młody inżynier podnosi alarm w sprawie tajemniczej i groźnej technologii, która mogłaby zagrażać światu. Wygląda więc na to, że to doskonałe zadanie dla tytułowych Aniołków Charliego, które od razu rozpoczynają śledztwo.