New York sokaklarında dev robotlar ortaya çıkar, gazeteci Polly Perkins bu saldırıların peşine düşer. Chronicle için çalışan Polly, kaybolan bilim insanlarını araştırırken eski sevgilisi Sky Captain Joseph Sullivan ile yeniden bir araya gelir. Jude Law’ın Sky Captain olarak yer aldığı bu yolculukta Polly, onun uçağıyla ipuçlarını takip eder ve saldırıların arkasındaki Dr. Totenkopf’a ulaşmaya çalışır. Angelina Jolie’nin Franky Cook olarak katıldığı ekip, Himalayalar’dan gizli tesislere uzanan bir iz sürer. Dex ve Paley de onlara yardım eder. İkili, hem robotlarla hem de tuzaklarla uğraşarak Totenkopf’un planını durdurmak için zamana karşı ilerler.