故事发生在1939年的纽约。近日来，世界上一些著的名科学家相继神秘失踪。在纽约最著名的一家报纸供职的记者波莉(格温妮斯·帕特洛饰)决定对此事就此展开调查。很快，波莉就追查到了一位神秘的知情人，他知道科学家神秘失踪的内幕。波莉与知情人相约见了面，知情人告诉波莉，他自己是一个七人科学小组的一员，而这个小组正在负责研制一个秘密的设备。而正当波莉与知情人交谈的时候，空袭警报突然响了起来，令人意想不到事情发生了。
纽约城突然遭到了一群不明身份的机器怪物的袭击。这些机器怪物中有一种像鸟一样可以扇动翅膀并且发射子弹的飞行器，还有一种像大楼一般高大的钢铁机器人。它们十分的厉害，所到之处如摧木拉朽一般。保护纽约的军队在这群怪物面前简直是毫无抵抗能力，构置好的军事防御工攻势也像是纸糊的一样，被机器怪物轻而易举的摧毁掉。眼看纽约城就要被摧毁了。这时，一名指挥官发出了求救信号，呼叫代号为“天空上尉”的人火速前来支援。很快，代号为“天空上尉”的美国空军飞行员约瑟夫·苏立文(裘德·劳饰)驾驶这一架P-40战斗机赶来了，他带领着他的飞行部队与机器怪物展开了殊死的战斗，并最终将机器怪物击退。
战斗胜利了，“天空上尉”拯救了纽约城，但这一切都是暂时的。约瑟夫与波莉曾经是一对恋人，但因为矛盾而分开了，现在他们又见面了。约瑟夫从波莉口中得知刚刚发生的袭击以及科学家的神秘失踪事件都是一个名叫托滕可夫博士的德国科学狂人所为，而这个家伙现在还躲在尼泊尔的喜马拉雅山区中谋划着下一次的袭击，他的目的是占领整个世界，而对纽约的袭击只是他的第一步而已。疯狂博士摧毁世界的邪恶计划已经全面展开，为了拯救纽约，为了拯救世界，约瑟夫和波莉冰释前嫌，决定一同前往尼泊尔，去寻找托腾考夫。他们俩在海军女子特谴队队长弗兰姬·库克(安吉莉娜·朱丽饰)和技术专家戴克斯(吉奥瓦尼·瑞比西饰)的帮助下开始了与托腾考夫的战斗。
