I denna science fiction-äventyr som utspelar sig på 1930-talet där New Yorks journalist Polly Perkins börjar undersöka varför så många berömda vetenskapsmän försvinner. Snart får hon ledtrådar när märkliga flygfarkoster och jättelika robotar hotar staden. Tur nog finns hennes gamla kärlek, upptäcktsresanden kapten Joseph Sullivan aka Sky Captain, där för att bekämpa bovarna med Flying Legion, i hans Warhawk P-40. Nu måste Polly flyga iväg med Sky Captain till Nepal för att hitta en galen vetenskapsman, Dr. Totenkopf, som uppenbarligen vill förstöra världen!