1939年的一天，纽约的天空并不晴朗，一场乌云密布的暴风雪似乎预示着一件意想不到的事情即将发生。巨大的飞艇“兴登堡三号”出人意料地降落在帝国大厦的楼顶...正在追查多名世界知名科学家离奇失踪案的女记者波莉·帕金斯(格温妮丝·帕特洛饰)，在与一名神秘知情人接触时发生意外。纽约被恐怖分子袭击了，满天的人形飞机像飞仙一样，无人能敌；摩天大楼般的巨型机器人骄傲地走过曼哈顿的街道。迅速集结的纽约守军和设置好的防御工事在这些钢铁巨人面前被击昏，然后他们试图阻挡汽车。纽约，这次真的完了！？

求救信号向四面八方扩散，英雄出现了。他既不是穿着红色内衣的超人，也不是穿着黑色外套的蝙蝠侠，而是约瑟夫·苏·李文(裘德·洛饰)，一个绰号“天空上尉”的普通人。他率领一支英勇的飞行团，驾驶一架和自己一样冷静的鹰式P-40迎击入侵者。击退巨型机器人后，约瑟夫从波利那里得知胜利只是暂时的。科学家失踪和纽约机器人袭击事件的幕后黑手，德国科学狂人托滕科夫博士，还躲在尼泊尔喜马拉雅山区，策划着另一次恐怖袭击的可能性。他的目的是吞并整个世界，而纽约只是他的第一步棋。

为了纽约，为了世界，为了你我，约瑟夫和波莉这对老情人，抛开误会，奔向尼泊尔。在英勇的两栖女子突击队队长弗兰基·库克(安吉丽娜·朱莉饰演)和技术专家戴克雷斯(吉奥瓦尼·瑞比西饰演)的帮助下，他们在危急情况下受命，成为拯救我们星球的唯一希望。但是他们能找到狡猾的托滕可夫并对付他吗？