In questa avventura di fantascienza ambientata negli anni Trenta, la reporter di New York Polly Perkins inizia a indagare sul motivo per cui così tanti scienziati famosi risultano dispersi. Presto riceve indizi, poiché strane macchine volanti e giganteschi robot minacciano la città. Per fortuna, il suo vecchio amore, l'aviatore Capitano Joseph Sullivan alias Sky Captain, è lì per combattere i cattivi con la Flying Legion, sul suo Warhawk P-40. Ora Polly deve volare via con Sky Captain verso il Nepal per trovare uno scienziato pazzo, Dr. Totenkopf, che apparentemente vuole distruggere il mondo!