１９３９年、ニューヨーク。次々と科学者が行方不明になる事件が起きていた。女性記者ポリー（グウィネス・パルトロウ）は、真相を追うために、「自分も狙われている」という科学者に接触をするが、「トーテンコフ」という謎の男のことを口にする。しかしＮＹの街に、たくさんの巨大ロボットが襲来し、街を破壊する。そこへ空から颯爽と現れた「スカイキャプテン」ジョー（ジュード・ロウ）の活躍で、危機は去ったが、「トーテンコフ」の魔の手が彼らを襲おうとしていたのを、まだ知らずにいた･･･。