Après deux ans passés dans la prison du New Jersey, Danny Ocean (George Clooney) retrouve la liberté et s'apprête à monter un coup qui semble impossible à réaliser : dérober les 150 millions de recettes de trois des plus célèbres casinos de Las Vegas, propriétés de Terry Benedict (Andy Garcia) qui, accessoirement, lui a volé sa femme Tess (Julia Roberts) qu'il souhaite récupérer. Pour ce faire, Danny et son ami Rusty Ryan (Brad Pitt) composent une équipe de dix malfrats, spécialistes chacun dans leur domaine : Linus Caldwell (Matt Damon), le pickpocket le plus agile qui soit ; Roscoe Means, un expert en explosifs ; Ruben Tishkoff, qui connaît les systèmes de sécurité des casinos sur le bout des doigts ; les frères Virgil et Turk Malloy, capables de revêtir plusieurs identités ; ou encore Yen, véritable contorsionniste et acrobate.

Onze amis de longue date (ils ont combattu ensemble pendant la Seconde Guerre Mondiale) décident de braquer ensemble cinq des plus grands casinos de Las Vegas au cours de la même nuit. Leur plan est parfait, mais l'exécution en est mouvementée.