À sa sortie de prison dans le New Jersey, Danny Ocean s'apprête à monter un coup qui semble impossible à réaliser : cambrioler simultanément les trois plus gros casinos de Las Vegas : le Bellagio, le Mirage et le MGM Grand Las Vegas. Il souhaite par la même occasion récupérer son ex-femme tombée sous le charme de Terry Benedict, le propriétaire de ces trois somptueux établissements de jeux.

Pour ce faire, Danny compose une équipe de dix malfrats maîtres dans leur spécialité. Parmi eux figurent Rusty Ryan, maître dans l'art du bluff, Linus Caldwell, le pickpocket le plus agile qui soit ; Basher Tarr, un expert en explosifs ; Ruben Tishkoff, qui connaît les systèmes de sécurité des casinos sur le bout des doigts et est la « banque » des comparses ; Livingston Dell, sorcier en informatique ; les frères Virgil et Turk Malloy, capables de revêtir plusieurs identités et pilotes hors pair ; Frank Catton chargé « d'infiltrer » le casino ; Saul Bloom, un vieux routier qui se fait passer pour un riche client afin de récupérer des informations et Yen, véritable contorsionniste et acrobate.