ダニー・オーシャン（ジョージ・クルーニー）率いるプロフェッショナルな犯罪チーム“オーシャンズ”のメンバーの一人、ルーベン（エリオット・グールド）は、今まさに生死の境を彷徨っていた。世界を股にかけるホテル王、ウィリー・バンク（アル・パチーノ）と組み、ラスベガスに新たな巨大ホテルを立ち上げようとしていた矢先、バンクの裏切りによってホテルを乗っ取られ、失意のあまり心筋梗塞で倒れてしまったのだ。ルーベン危篤の報せに、盗み出す寸前だった大金さえも放り出し、ラスベガスへ駆けつけたラスティー（ブラッド・ピット）。やがて病床に集まったライナス（マット・デイモン）たち“オーシャンズ”のメンバーは、バンクへの復讐を誓う。まもなくダニーは、バンクへの最後の警告として、ホテルの権利を返した方が身のためだと伝えるが、バンクは平然とこれを拒否。所有するすべてのホテルで最高の格付けを得てきたバンクには、“オーシャンズ”など所詮敵ではないと思えたのだ。一方、“オーシャンズ”の狙いは、バンクがルーベンから奪い取った、まもなくグランド・オープンを迎える超高級ホテル“バンク”。カジノを併設するそのホテルは、世界最新にして最高の人工知能セキュリティ“グレコ”に守られていた。だが、“オーシャンズ”は仲間の借りを返すため、金品のみならずバンクのすべてを奪い取るつもりだ。そして“オーシャンズ”にとって因縁の宿敵であり、バンクのライバルであるベネディクト（アンディ・ガルシア）、またバンクの右腕である女性アビゲイル（エレン・バーキン）らも巻き込んで、壮大なリベンジ計画が繰り広げられるのだった。