影片以柏拉图笔下的亚特兰蒂斯传说为引，将故事设定在1914年。年轻的绘图员兼语言学家迈罗·赛驰，因对亚特兰蒂斯的痴迷而遭到学界嘲笑，却意外获得一本古老的《牧羊人日记》，其中记载了通往亚特兰蒂斯的线索。在富豪支持的探险队中，迈罗与指挥官洛克、工程师斯威特等各怀绝技的队员一同乘坐潜艇“尤利西斯”号深入海底。他们历经巨型机械海怪与地下隧道，终于抵达由水晶能量支撑的亚特兰蒂斯王国。这里的人民其实并未灭亡，只是与外界隔绝。迈罗凭借破译古文字的能力，与亚特兰蒂斯公主姬达成为朋友，却发现洛克队长真正的目的是盗取水晶能量源。当洛克引爆水晶时，王国陷入毁灭危机。迈罗最终选择牺牲自己的逃生机会，帮助亚特兰蒂斯人重启巨型守护者，击败洛克并拯救帝国。姬达公主感恩迈罗的赤诚，亚特兰蒂斯也随之向世界重新敞开大门。