La agente Leanne "Pepper" Anderson, sargento de policía, trabaja para la unidad de investigación criminal de Los Ángeles. Es tan profesional, es tan buena en lo suyo que no tiene problemas en apelar a distintos disfraces para conseguir la información que necesita y así atrapar a los malos. De acuerdo a cada caso, puede ser enfermera, bailarina, prostituta o servir mesas en un bar con tal de penetrar en la intimidad del sospechoso, sin que éste advierta nada.

La acompañan en la tarea el Sargento William "Bill" Crowley, su jefe inmediato, además de los agentes Pete Royster y Joe Styles. Los casos con los que debe lidiar esta hermosa dama -que encarnaba la actriz Angie Dickinson- varían en cada historia, desde asesinatos a tráfico de drogas.

El éxito de la serie fue monumental, y abrió el abanico para la producción de nuevas historias policiales protagonizadas por bellas mujeres policías, como Charlie's Angels.