マッチに火をつけると、火がついたマッチが導火線に燃え移り、オープニング・タイトルが始まります。
大平透さんのナレーションで、スパイ…大作戦！今日はどんなミッションを行うのでしょうか？

物語は物語は人っ気ないところにフェルプス君がやってきて、隠してあるテープレコーダーと
写真が入った封筒を出すところから始まります。
「おはようフェルプス君」指令が録音されているテープはいつだって、「なおこのテープは自動的に消滅する」。
ドライアイスのごとく煙を立てて解けてしまいます。

後はフェルプス君、封筒に入った写真や資料を手がかりに、メンバーを招集し、
普通に考えれば出来っこないはずのMission：Impossible（不可能作戦）を計画そして遂行します。
それが彼ら、Impossible Mission Force（不可能作戦班）なのです。

ピーター・グレイブス扮する銀髪のフェルプス君以下、
メンバーは変装の名人ローランや妖艶なシナモン姐さん、黒人のメカの天才バーニイに力持ちのウィリーたち。
彼らは実行不可能な命令を「何じゃこりゃ！？」って仕掛けや大芝居で、
途中のピンチも何のその、あっという間に達成してしまうのです。

アメリカでは1966年から73年までCBSで放映されました本作は、第一シーズンのみダン・ブリックス（スティーヴン・ヒル）がリーダーでしたが、
第2シーズン以降はお馴染みピーター・グレイブス扮するフェルプス君がリーダーでした。
日本では1967年から73年までフジテレビで放映され、その後何度となく再放送されましたが、もっとも繰り返し放映されたのが、
上に出演者を挙げました第2・第3シーズンでした。

メンバーはシーズンごとにけっこう入れ替わるのですが、替わらなかったのは、フェルプス君にバーニィ、ウィリィ。
ことに縁の下の力持ちウィリィは人気があったそうで、彼が出演しない回があると、ウィリィを出せ！との声がテレビ局に殺到したそうです。

その後1988年には新シリーズ「新スパイ大作戦」が放映されますが、この時はグレッグ・モリス扮するバーニィ・コリアの息子グラント役で
グレッグの実子フィル・モリスがレギュラー出演しています。