Los agentes encubiertos del FBI, Malcolm Turner y John Maxwell, reciben el encargo de sus jefes de localizar al convicto fugado Lester Vesco, que cumplía cadena perpetua por asesinato y robo a mano armada de un banco. Malcolm y John se enteran de que Lester podría estar buscando a su ex novia, Sherry Pierce, una empleada del banco de la que se sospecha que le proporcionó la llave de la cámara acorazada, ya que el dinero robado nunca se recuperó. Malcolm y John se encuentran vigilando la casa de la distanciada abuela de Sherry, Hattie Mae Pierce -una anciana afroamericana con sobrepeso, a la que sus amigos llaman cariñosamente Big Momma- en Cartersville, Georgia, y pronto descubren que está a punto de marcharse durante dos semanas para visitar a su amigo enfermo. Malcolm se aprovecha de ello haciéndose pasar por ella para llevar a Sherry a su casa y conseguir que confiese su participación en el atraco al banco.

Para mantener su disfraz de Big Momma, Malcolm se ve obligado a mantener el estilo de vida de la verdadera Big Momma. Esto incluye tratar con su lascivo novio, asumir su ocupación de comadrona y asistir a clases de defensa personal dirigidas por el poco inteligente guardia de seguridad Nolan, a quien los agentes se ven obligados a reclutar más tarde cuando se tropieza con su operación. Durante este tiempo, Malcolm se relaciona con Sherry y su hijo de diez años, Trent, tanto disfrazado como haciéndose pasar por el manitas de Big Momma, pero no encuentra nada que la relacione con el robo, ni con la localización del dinero desaparecido. Después de asistir a un servicio religioso con ellos, en el que se obliga con su disfraz a Sherry a no guardar ningún secreto, Malcolm encuentra el dinero desaparecido en la taquilla de Trent tras volver a casa a una fiesta de cumpleaños sorpresa para la verdadera Big Momma. Su descubrimiento es presenciado por Sherry, que le confiesa que no tenía ni idea de lo que Lester estaba planeando, y que no denunció el robo de su llave por miedo a ser despedida.

Las cosas pronto se complican cuando John descubre que la verdadera Big Momma ha regresado a casa antes de tiempo. En sus esfuerzos por impedir que vuelva a entrar en la casa, le ordena a Nolan que la cierre con llave, pero el tonto guardia cierra con llave a Malcolm por error. Lester llega finalmente a la escena, habiendo localizado a Sherry, y pronto la pone en peligro. Malcolm irrumpe rápidamente en la casa, donde se enfrenta a Lester y lo somete después de que John reciba un disparo, pero a costa de que se le caiga el disfraz delante de Sherry y Trent. Aunque Lester es arrestado y el dinero recuperado, Malcolm descubre que Sherry y Trent se niegan a hablar con él tras quedar destrozados por su engaño. Buscando el perdón, Malcolm asiste a un servicio religioso el domingo por la mañana y confiesa en un sincero discurso a Sherry y Trent que los ama de verdad. Big Momma perdona a Malcolm por sus acciones, y la multitud de la iglesia aplaude cuando Malcolm y Sherry se besan, antes de que Big Momma y el coro canten "Oh Happy Day" durante los créditos finales de la película.