Die junge Waise Sheeta lebt seit dem Tod ihrer Eltern allein in ihrer Hütte in den Bergen. Von ihren Eltern erbte sie eine Kette mit einem Edelstein. Der geheimnisvolle Musca, ein Agent der Regierung, entführt sie mithilfe der Armee auf ein Luftschiff. Als dieses von der Luftpiratin Dora und ihren Söhnen angegriffen wird, klettert Sheeta aus einem Fenster und stürzt in die Tiefe. Da ihr Stein die Kraft hat, sie zum Schweben zu bringen, landet sie bewusstlos in den Armen von Pazu, der ebenfalls Waise ist und bei den Bergarbeitern einer Minenstadt arbeitet. Er ist auf der Suche nach Laputa, einer verborgenen Stadt im Himmel, die sein verstorbener Vater gesehen haben will.
Als die Piraten erscheinen, flieht Pazu gemeinsam mit Sheeta. Auf der Flucht treffen sie auch auf die Armee und die Agenten, sodass sie sich schließlich in die Minen zurückziehen. Dort erfahren sie von einem alten Bergmann, dass Sheetas Stein ein Flugstein einer untergegangenen Kultur ist: Laputa. Sheeta erzählt, dass sie von der Königsfamilie abstammt und der Stein zeigt, dass sie die Thronfolgerin ist. Auf ihrem Weg zurück zur Minenstadt werden die beiden Freunde von der Armee aufgegriffen, die sie in eine Festung bringen. Musca will Sheeta nutzen, um Laputa zu finden, und versucht sie für sich zu gewinnen. Pazu wird um ihretwillen freigelassen und kehrt in sein Haus zurück. Dort trifft er erneut auf Piraten, denen er sich anschließt um Sheeta zu retten.
Während Pazus Abwesenheit erweckt Sheeta versehentlich einen Roboter, der aus Laputa auf die Erde gefallen ist und in der Festung aufbewahrt wurde. Dieser will ihr helfen und den Weg nach Laputa zeigen, richtet aber in der feindlichen Festung Zerstörungen an. Sheeta kann so gemeinsam mit Pazu und den Piraten fliehen, jedoch gelangt Musca an Sheetas Stein, der ihm den Weg nach Laputa zeigt. Gemeinsam mit der Armee macht er sich ebenfalls auf den Weg. Mit Luftschiffen gelangen beide Gruppen nach Laputa. Pazu und Sheeta kommen zuerst an und sind überwältigt von den wunderbaren Gärten, der Natur und Friedlichkeit. Menschen scheint es keine zu geben, jedoch einen friedlichen Roboter, der sich liebevoll um die Tiere und Pflanzen kümmert.
Auch Musca und die Armee kommen bald an und nehmen die Piraten gefangen. Der Geheimagent, der sich ebenfalls als ein Nachkomme der ursprünglichen Bewohner Laputas entpuppt, öffnet mithilfe des Steins ein geheimes Tor und übernimmt die Macht in der fliegenden Stadt. Mit Sheeta als Geisel an seiner Seite tötet er die Soldaten und will mit den mächtigen Waffen Laputas die Weltherrschaft an sich reißen. Jedoch gelingt es Sheeta und Pazu, ihn zu überwältigen und die Zerstörungsformel zu sprechen. Der Kern der Stadt zerstört sich und reißt Musca in die Tiefe. Sie fliegen mit einem Gleiter davon, während der obere Teil Laputas, die friedliche Stadt, die durch einen riesigen Baum vor der Zerstörung geschützt wurde, immer weiter in den Himmel entschwebt.
