Em 1868, relatos alarmantes sobre um monstro marinho gera um temor nas companhias de navegação. Em virtude disto, vários navios estão ancorados, pois não há tripulação. O Prof. Pierre Aronnax (Paul Lukas), especialista em vida marinha, precisa ir à Shangai e enfrenta o mesmo problema, pois a tripulação do seu navio desertou. Mas ele e seu assistente são convidados pelo governo americano para uma viagem que pretende confirmar ou negar os boatos sobre o monstro. Após três meses e meio de buscas, desistindo de sua empreitada, o navio é atacado e o professor, seu assistente e o arpoador Ned Land (Kirk Douglas) são lançados ao mar. À deriva os três são salvos pela tripulação do Nautilus, o submarino comandado pelo Capitão Nemo (James Mason). Reservado e isolado do mundo, Nemo surpreende o Prof.Pierre com sua genialidade e suas invenções tecnológicas, mas muitas revelações e perigos ainda cruzarão o caminho desses aventureiros antes que eles possam voltar para casa.