Pierwsza misja Bonda, jako agenta 007 wiedzie go na Madagaskar, gdzie wpada na trop znanego terrorysty MOLLAKA (Sebastian Foucan). Nie wszystko idzie zgodnie z planem i Bond niezależnie od wytycznych MI6 decyduje się podążać za zwierzchnikami Mollaka. Udając się tym tropem na wyspy Bahama, agent spotyka DIMITRIOSA (Simon Abkarian) i jego żonę SOLANGE (Caterina Murino). Dowiaduje się, że Dimitrios jest zaangażowany w sprawy LE CHIFFRE (Mads Mikkelsen), bankiera światowej organizacji terrorystycznej. Spotkanie z Dimitriosem w Miami prowadzi Bonda na lotnisko, gdzie udaremnia wysadzenie w powietrze prototypu nowego samolotu pasażerskiego.

Tajny wywiad ujawnia, że Le Chiffre stracił pieniądze klientów w wyniku interwencji Bonda na lotnisku. Zdesperowany bankier planuje w związku z tym zdobyć gotówkę w partii pokera obstawiając wysokie stawki w znajdującym się w Czarnogórze, Casino Royale. MI6 wyznacza 007, aby ten zagrał przeciwko Le Chiffre, zdając sobie sprawę z tego, że jeśli terrorysta przegra, będzie oznaczało to dla niego śmierć z rąk jego niebezpiecznych klientów. Dlatego też będzie zmuszony poszukać schronienia wśród agentów wywiadu.

Departament Finansów dostarcza Bondowi 10 milionów dolarów, jako stawkę w grze. Pieniądze znajdują się pod uważną obserwacją VESPER LYND (Eva Green). Początkowo bardzo sceptyczny w stosunku do Vesper i zabezpieczenia, jakie może ona zapewnić, Bond zaczyna interesować się kobietą, kiedy oboje unikają niebezpieczeństw, a ostatecznie dostają się w ręce Le Chiffre, który nie jest przygotowany na poddanie się bez walki.

W Czarnogórze, w Casino Royale, Bond jednoczy siły z MATHISEM (Giancarlo Giannini), miejscowym agentem MI6 i FELIXEM LEITER (Jeffrey Wright), który reprezentuje interesy CIA. Przybierająca formę maratonu partia pokera pełna jest brudnych zagrań i przemocy. Stawka ciągle rośnie.

Bond i Vesper zostają uwolnieni przez tajemniczego pana White, który zabija Le Chiffre. Para decyduje się na romantyczną wycieczkę do Wenecji, ale kiedy Bond dochodzi do siebie, czeka na niego jeszcze większe niebezpieczeństwo.