I dette science fiction-eventyr sat i 1930'erne begynder New York-avisreporteren Polly Perkins at undersøge, hvorfor så mange berømte videnskabsmænd bliver meldt savnet. Snart får hun spor, da mærkelige flyvende maskiner og kæmpe robots truer byen. Heldigvis er hendes gamle flamme, aviatoren kaptajn Joseph Sullivan også kendt som Sky Captain, der står klar til at bekæmpe de onde med Flying Legion i sin Warhawk P-40. Nu må Polly flyve væk med Sky Captain til Nepal for at finde en gal videnskabsmand, Dr. Totenkopf, som tilsyneladende ønsker at ødelægge verden!