Chuck Bartowski es simplemente el típico “friki” de los ordenadores que vive en la puerta de al lado de cualquier persona. Pasa sus días trabajando en la tienda de electrónica e informática Buy-More junto con un grupo de compañeros iguales que él y deseando encontrar una mujer que sepa apreciarle. Pero cuando un viejo compañero de la universidad que resulta ser un agente de la CIA, le envía a Chuck en la noche de su cumpleaños un misterioso mensaje codificado, los secretos más importantes del mundo de los espías terminan siendo accesibles para él. Nunca pidió convertirse en el arma más poderosa del gobierno, pero ahora la vida de mucha gente depende él, ya que se ha convertido en un nuevo agente secreto estrella del gobierno. Con suerte, su nueva tarea no parece ser muy diferente de sus ansiados videojuegos. Tramas de terrorismo internacional, espías sexys y pizza fría… todo ello en un mismo día de trabajo para nuestro atípico héroe.

Con los secretos más preciados del gobierno en la cabeza de Chuck, tanto la Agencia de Seguridad Nacional como la CIA se movilizan para controlar la difusión de esa información, por lo que el Mayor John Casey (Adam Baldwin, Day Break) de la Agencia de Seguridad Nacional, asume la responsabilidad de protegerle, junto con la compañera que la CIA le pone a Chuck, Sarah Walker (Yvonne Strahovski, Gone), una de las mejores agentes del organismo y la primera cita de Chuck en años, tras la relación que surge entre ellos debido a su proximidad. Ambos tratarán de mantener a Chuck a salvo de aquellos que persiguen la información que ahora conoce y que lo convierte en un codiciado objetivo para ellos, pero más importante que eso, también intentarán recuperar todos esos datos de la mente de Chuck, mientras éste ayuda al gobierno a rastrear a los más importantes y crueles criminales internacionales.