SEASON
シーズン１
チャックは街の家電量販店、「バイ・モア」で働く青年。スタンフォード大の学生だった輝かしい過去を持つが、ルームメイトのブライスの策略で退学にされ、以来、幼なじみのモーガンとゲームに明け暮れる日々だ。しかもブライスには当時の恋人まで奪われていて、踏んだり蹴ったり。そのトラウマのせいで女性とまともに話すこともできなくなってしまった弟を姉のエリーはいつも心配していた。
そんなある夜、誕生日を迎えたチャックの元にブライスからメールが届く、不審に思いつつ、チャックがメールを開くと膨大な量の画像データが飛び込んできた。データは朝まで流れ続け、チャックはついに気を失ってしまう。その日から、知るはずのない記憶がチャックの頭に浮かび始める。そして同じ頃、サラという美女がチャックに近づく。一目で彼女に惹かれるチャックだったが、実は彼女、チャックが見てしまったデータを追って現れたＣＩＡ（中央情報局）のエージェントだった。ブライスも彼女と同じＣＩＡで、なんと国家機密を盗み、それを全てチャックに送りつけていたのだ。サラが自分に近づいた本当の理由を知らないチャックは彼女とのデートに胸を躍らせる。が、もうひとりチャックに近づく影があった。同じく政府の諜報機関であるＮＳＡ（国家安全保障局）のケイシーだ。彼はブライスを追いつめ、射殺した男でもあった。
ＣＩＡとＮＳＡから追われることになったチャック。その事実は、サラとのデート中に明らかになる。目の前で自分を奪い合うサラとケイシー。チャックが隙をついて逃げようとしたその時、またもや頭の中のデータが蘇り、軍の高官が演説をする会場での爆弾テロを予見してしまう。
自分の意志に反し、事件に巻き込まれてしまうチャック。が、とっさの機転で、爆弾を解除したのはチャック自身だった。翌朝、店に出たチャックは、「バイ･モア」の新人店員として入ってきたケイシーと客に扮したサラを目の前にし、呆然と立ちすくむ。彼の新しい運命が動き始めた！
シーズン２
チャックはロサンゼルスの家電量販店、「バイ・モア」で働く青年。スタンフォード大の学生だった輝かしい過去を持つが、ルームメイトのブライスの策略で退学にされ、以来、幼なじみのモーガンとゲームに明け暮れる日々だった。そんなある夜、誕生日を迎えたチャックの元にブライスからメールが届く。不審に思いつつ、チャックがメールを開くと膨大な量の画像データが飛び込んできた。データは朝まで流れ続け、チャックはついに気を失ってしまう。何と、政府の全国家機密が収められたコンピューター「インターセクト」のデータ全てがチャックの脳にダウンロードされてしまったのだ！
国家機密を記憶する唯一の人間となったチャック。その彼を護衛することとなったＣＩＡ（中央情報局）の美人エージェント、サラとＮＳＡ（国家安全保障局）の敏腕エージェント、ケイシー。何が記憶の引き金になるかもわからない脳内インターセクトをもてあましながらも、三人は国家の危機を救うため、共に協力し合って様々な敵と戦うこととなる。チャックの新しい運命が動き始めた！
チャックは、一目見た時から好意を持っていたサラに気に入られたくもあり、とまどいながらもスパイ活動に参加。ズブの素人ながら見た目とは裏腹になんだかんだで危機をくぐり抜け、任務を成功に導く。そしてサラは、そんなチャックと共に行動するうち彼の優しさ、純粋さに触れ、任務の域を越えて彼に惹かれていくように。
そんなとき、なんとケイシーに射殺されたはずのブライスが生きていることが判明！彼はCIAの内部組織「フルクラム」に引き抜かれ活動していたが、フルクラムが実はインターセクトの破壊を目論む裏切り者の組織であることに気づき、スパイである可能性の絶対にないチャックにインターセクトをダウンロードしたのだった。疑いの晴れたブライスは極秘任務のために旅立つが、彼が生きていたことでサラの心はブライスとチャックとの間で大きく揺れる……。
さらにチャックの未来に暗雲の立ち込める事態が。新しいインターセクトの開発が完成に近づいたのだ。新インターセクトが起動すればチャックは任務から解放されるのだが、ケイシーに下った指令は、「機密保持のためのチャックの抹殺」であった。果たしてチャックの運命は！？強大な敵フルクラムの次なる陰謀は…！？
シーズン３
チャックのスパイ活動が曲りなりにも板についてきたころ、政府は新しいインターセクトを開発、今度はブライスにダウンロードされることとなる。しかし、一方でフルクラムも独自にインターセクトを復元しようとし、その目的のために「オリオン」と呼ばれる初代インターセクトの開発者を捜していた。そしてオリオンの正体は何と、チャックとエリーの父で長い間音信不通のスティーブだった。姉弟をスパイ活動に巻き込まないよう姿を隠していたのだ。
スティーブの力で新しいインターセクトは完成、さらにチャックの脳内のインターセクトも削除に成功し、晴れて自由の身となったはずのチャックだったが、新インターセクトとなるはずのブライスが直前に敵スパイに殺されてしまう。そして、彼の最後の言葉で、今まで戦ってきたフルクラムが、実は「リング」というより大きな組織の一部にすぎない事を知ったチャックは、本当のスパイになるために、高性能すぎて危険な新型インターセクトを自らの意志で自分にダウンロードした！
新型インターセクトの成果でカンフーまで使えるようになったチャック。技術だけでなく精神面でもどんどん本物のスパイに近づいていくチャックを見て、サラの心中は穏やかではなかった……。果たして、チャックとサラの関係は如何に？！
シーズン４
その後、ダウンロードした新型インターセクトの成果でカンフーまで使えるようになったチャック。技術だけでなく精神面でもどんどん本物のスパイに近づいていくチャックを見て、純粋で心優しいチャックに惹かれはじめていたサラの心中は穏やかではなかった。そんな時、リング撲滅にすべてをかける男、ダニエル・ショウが現れる。将軍からリングに関する全任務の指揮権を与えられたショウは、自分の妻で同じくスパイだったイブをリングに殺された復讐心に突き動かされていた。
しかし、イブが寝返ったと思い込んだＣＩＡが、サラにイブを殺させたという真実をリングに知らされたショウは、妻を殺したサラそして国家に対して復讐すべく、リングと手を組み皆を裏切ることに。チャックの父でインターセクトの開発者スティーブを殺害し、チャックたちに反逆者の濡れ衣を着せて、ＣＩＡやＮＳＡを乗っ取ろうとしたショウだったが、モーガン、エリー、デヴォンを加えたチーム・チャックの活躍で形成は逆転、ついにリングの高官たちを一網打尽にし、ショウを倒すことに成功する。
サラと公認の仲になったチャックがスパイを辞め、すべては終わったかに見えたが、亡き父スティーブが残したメッセージが新たな謎を生む。「私が本当は何を研究していたか。そして誰が私を狙っていたか知るべき時が来た。チャック、家族の秘密を知るべき時が来たんだ。なぜなら全て彼女のためだった。」チャックの新たなる運命は、行方不明の彼の母親へと向かって動き出した……。
ファイナル・シーズン
亡き父スティーブが残したメッセージから、チャックは失踪した母メアリーがスパイであることを知り、密かに捜索を開始すると、大物武器商人ヴォルコフの元に潜入していることが判明する。しかしヴォルコフに関し衝撃の事実が明らかになる。ヴォルコフは、30年前に潜入捜査のためインターセクトで新たな人格を与えられたが、潜入中に不具合が起きてその人格に支配され、元に戻れなくなったスパイ、通称「エージェントX」だった。CIAが凶悪犯罪者を作りだしてしまったのだ！
この恐るべき機密事項を知った者は口封じのために全て消されてしまう。チャックたちの前にも刺客クライド・デッカーが立ちはだかった。デッカーはヴォルコフとチャックのインターセクトを消去し、チャックに解雇を言い渡す。間一髪で形勢を逆転させ、「X計画」の資料をマスコミに流すとデッカーを脅し、なんとかその場を切り抜けたチャックは、晴れてサラと結婚式を挙げるのだが……。
CIAを解雇されたチャックは、善人に戻ったヴォルコフから受け継いだ資産を元手に、サラ、ケイシー、そして間違ってインターセクトをダウンロードしてしまったモーガンと共に独立してフリーのスパイになることを決意する。しかしデッカーは最後に、インターセクト、リング、エージェントＸもすべて計画の一部で、チャックもチェスの駒に過ぎないと謎の言葉を残した。それは一体何を意味するのか？ インターセクトを消去されたチャックは、デッカーのほのめかす陰謀の真実をつかむことができるのだろうか？