1939年のニューヨークを舞台に、巨大ロボットの襲撃と科学者連続失踪事件の謎に立ち向かう女性新聞記者と天才パイロットの活躍を描くＳＦアクション・アドベンチャー。主演はジュード・ロウとグウィネス・パルトロー。共演にアンジェリーナ・ジョリー。俳優の演技以外のほとんどをＣＧで描き出し、レトロ・フューチャー・テイストな画期的映像世界を実現。監督のケリー・コンランは自宅のパソコンを使い４年をかけて本作の基になる６分間の映像を製作、その映像がプロデューサーに認められ自身初となる長編映画の監督を任されることになった。
1939年、ニューヨーク。エンパイアステートビルに巨大な飛行船ヒンデンブルグ３号が停泊する中、またしても著名な科学者失踪のニュースが報じられる。事件の独自調査を開始したＮＹクロニクルの女性記者ポリーは、街で驚くべき光景を目撃する。摩天楼の上空を巨大なロボットの大群が飛来し、人間を襲い始めたのだった。人々が逃げまどう中、無謀にもその模様をカメラに収めようとしたポリーは間一髪のところで、元恋人で空軍のエースパイロット、スカイキャプテンことジョー・サリバンに救われる。科学者失踪事件と今回のロボット襲撃事件に関連を見出したスカイキャプテンはポリーと協力して事件の謎を追い、やがて一人のドイツ人科学者トーテンコフ博士の存在に行き着くのだが…。