Spy X Family mengikuti kisah seorang mata-mata ulung dengan kode nama Twilight yang harus menyelidiki sebuah misi penting demi perdamaian dunia. Untuk menyelesaikan tugasnya, ia harus membangun sebuah keluarga palsu dengan mengadopsi seorang anak perempuan yang memiliki kemampuan telepati dan menikahi seorang pembunuh bayaran rahasia, tanpa mengetahui identitas asli satu sama lain. Seiring mereka menjalani kehidupan keluarga yang unik, berbagai kejadian lucu dan menegangkan pun terjadi. Cerita ini menyuguhkan perpaduan menarik antara aksi, komedi, dan drama keluarga, yang menunjukkan bagaimana setiap anggota keluarga belajar saling memahami dan melindungi satu sama lain meskipun dilatarbelakangi rahasia besar.