New York. Delle strane macchine volanti invadono i cieli della città, mentre sulla 5th Avenue giganteschi robot seminano panico e distruzione.
Le notizie allarmanti si susseguono. La misteriosa scomparsa dei più importanti scienziati del pianeta è da collegare con quanto sta accadendo? Incaricata di indagare sul caso, la giornalista Polly Perkins (Gwyneth Paltrow) chiede aiuto a Sky Captain (Jude Law), asso dell'aviazione americana. I due, insieme al comandante Franky Cook (Angelina Jolie) e a Dex (Giovanni Ribisi), cercheranno di fermare il misterioso Dr. Totenkopf (Sir Laurence Olivier), artefice di un diabolico piano per distruggere il mondo.
