En el transcurso del siglo XX, Milo Thatch, un joven lingüista y cartógrafo que trabaja en el museo de historia natural, se obsesiona con la legendaria ciudad sumergida de Atlantis. Su vida da un giro inesperado cuando se une a una expedición liderada por el excéntrico multimillonario Preston Whitmore, quien le proporciona la oportunidad de descubrir los secretos de esta antigua civilización. Junto a un equipo variado de aventureros, desde un mecánico experimentado hasta una guerrera valiente, se embarcan en un viaje peligroso a través del océano en un submarino.