I denne science fiction-oppdraget satt i 1930-tallets New York, begynner reporteren Polly Perkins å undersøke hvorfor så mange kjente vitenskapsmenn blir meldt savnet. Snart får hun ledetråder, ettersom merkelige flygende maskiner og gigantiske roboter truer byen. Heldigvis er hennes gamle flamme, aviatørkaptein Joseph Sullivan aka Sky Captain, der for å kjempe mot skurkene med Flying Legion, i hans Warhawk P-40. Nå må Polly flykte med Sky Captain til Nepal for å finne en gal vitenskapsmann, Dr. Totenkopf, som tilsynelatende ønsker å ødelegge verden!