Nesta aventura de ficção científica ambientada nos anos 1930, a repórter de Nova York Polly Perkins começa a investigar por que tantos cientistas famosos estão sendo dados como desaparecidos. Logo, ela recebe pistas, enquanto estranhas máquinas voadoras e gigantescos robôs ameaçam a cidade. Felizmente, seu antigo amor, o aviador Capitão Joseph Sullivan, também conhecido como Sky Captain, está lá para enfrentar os maus com a Flying Legion, em seu Warhawk P-40. Agora Polly deve voar com Sky Captain para o Nepal para encontrar um cientista louco, Dr. Totenkopf, que aparentemente quer destruir o mundo!