New York, 1939: reporter pemberani Polly Perkins menyadari hilangnya ilmuwan ternama terkait serangan robot raksasa di kota. Ia meminta bantuan mantan kekasihnya, Sky Captain Joe Sullivan, pemimpin pasukan pilot bayaran. Bersama mereka menyelidiki sumber serangan dan menemukan konspirasi gila: seorang penjahat yang ingin menciptakan utopia dengan menghancurkan dunia. Petualangan epik penuh aksi dan misteri dimulai—siapakah dalang di balik semua ini?
