Das Zeitalter der Aufklärung: Eine namenlose europäische Stadt am Meer wird im späten 18. Jahrhundert von den Türken belagert. Der Kampf scheint aussichtslos, doch der Bürgermeister, der unentwegt von Logik und Vernunft schwadroniert, will nicht aufgeben. Um die Leute abzulenken, spielt eine Gruppe fahrender Schauspieler in einem zerstörten Theater ein Stück: Die Abenteuer des Baron Münchhausen. Münchhausens Geschichten werden dabei stark ins Lächerliche gezogen, bis plötzlich ein alter Mann erbost ins Theater stürmt und fordert, die Bühnenaufführung abzubrechen. Denn der fremde Greis behauptet, der echte Baron Münchhausen zu sein, und seine Abenteuer hätten sich wie in dem Theaterstück dargestellt nie wirklich zugetragen. Außerdem könne nur er den Konflikt mit den Türken beilegen, denn er sei auch die Ursache.
Dann beginnt der Baron von der Vergangenheit zu erzählen, und während seiner Erzählungen tauchen alle anwesenden Zuhörer in die Geschichte ein: Während eines Aufenthalts beim türkischen Sultan hatte der Baron einst eine Wette abgeschlossen, dass er einen besseren Wein beschaffen könne, als der Sultan besitze. Bertold, einer der Diener des Barons, gespielt von Schauspieler Eric Idle, und der schnellste Mann der Welt, rannte daraufhin pfeilschnell vom Orient nach Wien, um innerhalb einer Stunde einen Wein aus dem kaiserlichen Besitz zu besorgen. Als Belohnung für die gewonnene Wette durfte der Baron anschließend so viel aus der Schatzkammer des Sultans mitnehmen, wie sein stärkster Mann tragen konnte. Des Barons Diener Albrecht, ein hoch gewachsener Hüne, war dermaßen muskulös, so dass er das gesamte Gold der Schatzkammer auf seinen breiten Schultern davontragen konnte. Das machte den Sultan wütend, und seither jagt er den Baron.
An dieser Stelle wird die Erzählung unterbrochen – die Kugeln der Türken schlagen im Theater ein und vertreiben das Publikum. Der Baron hingegen verspricht, Hilfe zu holen. Aus der Unterwäsche der Damen fertigt er einen Heißluftballon, mit dem er, zusammen mit der Tochter des Direktors der Theatergruppe, Sally, losfliegt. Der Ballon fliegt bis zum Mond, wo die beiden auf den riesigen Mondkönig treffen. Doch dieser ist ob seiner Gespaltenheit verrückt geworden: Er kann seinen Kopf vom Körper trennen. Sein Kopf macht lieber geistige Dinge – und sein Körper körperliche. Der allein schwebende Kopf ist der Überzeugung, der „König von jedem und allerlei“ zu sein, und lässt den Baron in einen riesigen Vogelkäfig einsperren.
Da nähert sich sein Körper, zusammen mit der Königin. Sein Körper fängt den Kopf ein, und sofort denkt der König nur noch an „Körperliches“ und verschwindet mit der Königin im Bett. Im Käfig findet der Baron einen weiteren Gefangenen: seinen alten Diener Bertold. Da nähert sich der Kopf der Königin und befreit die Drei. Sie überlässt dem Baron eine meterlange Locke ihres Haares, damit sie sich an dieser Strähne wie an einem Seil zurück auf die Erde abseilen können. Allmählich entwickelt sich zwischen Baron Münchhausen und dem Gauklermädchen Sally eine generationenübergreifende Freundschaft. Nach dem Ausbruch der Gefangenen macht der wütende Mondkönig mit einem dreiköpfigen Greif Jagd auf den Baron und seine Begleiter. Da sie allerdings in drei verschiedene Richtungen rennen, zerreißt es den Greif, weil seine drei Köpfe jeweils einem anderen Flüchtenden hinterher wollen. Der König stürzt ab, aus dem Krater seines Absturzes entschwebt – endlich von Körper befreit – der Kopf und verkündet, er sei omnipotent und könne ohne den Körper leben. Doch schon bekommt er Schwierigkeiten, als es ihm in der Nase juckt und ihm die Hände des Körpers fehlen, sich in der Nase zu kratzen.
Währenddessen seilen sich der Baron, Sally und Bertold an der Spitze des sichelförmigen Mondes ab. Leider reicht das Haar von der Länge her nicht, als der Baron oben ein Stück abschneidet, um es unten anzuknüpfen, stürzt das Trio ab. Sie fallen zurück auf die Erde, direkt in den Kegel des Vulkans Ätna, der erloschen scheint. Tief dort unten ist Vulcan, der römische Gott des Feuers, gerade dabei, mit seinen Zyklopen über Arbeitsbedingungen und Gehälter zu diskutieren, solange liegen sie im Streik. Sally fragt, was sie denn herstellen, und Vulcan erklärt, das seien Waffen. Ganz neu sei eine transkontinentale Rakete, die durch die Luft fliegt und in sicherer Entfernung alle Gegner tötet und ihre Tiere und alle Häuser zerstört, und man müsse nur auf einen Knopf drücken. Als er seinen Gästen Tee anbietet, kommt der massige Albrecht, der ehemalige starke Diener des Barons, mit einem Teewagen herein. Er wolle eigentlich keine schweren Sachen mehr herumtragen, erklärt er, denn tief in seiner Seele sei er im Grunde sensibel. In diesem Moment kommt Vulcans Frau Venus hinzu, verkörpert von Schauspielerin Uma Thurman, die sofort heftig mit dem Baron zu flirten beginnt. Vulcan wird darüber so eifersüchtig, dass er seine Gäste einschließlich Albrecht ins Meer wirft.
Die vier stürzen durch die Erdmitte hindurch und kommen auf der anderen Seite der Erde im Ozean wieder heraus, wo sich ein Seeungeheuer auf sie stürzt und sie verschluckt. In dessen Bauch treffen sie die beiden letzten Diener des Barons wieder, nämlich Adolphus mit den ehemals scharfen Adleraugen und Gustavus mit dem einst außergewöhnlichen Gehör. Doch als der Baron verlangt, man müsse nun zurückkehren, um gegen die Türken zu kämpfen, ist keiner so recht begeistert. Der Baron entlässt eine Prise Schnupftabak in die Luft, das Seeungeheuer muss niesen, und die Gefährten werden an den Strand vor der Stadt und dem türkischen Lager geschleudert.
Da immer noch keiner bereit ist, ihm zu helfen, geht der Baron allein zum Sultan und bietet seinen Kopf für den Henker an. Er unterbricht damit die Kapitulationsverhandlungen des Bürgermeisters, die dieser auf Vernunft und Logik gründen will. Doch der Kopf des Barons reicht dem Sultan. Er lässt eine Hinrichtung vorbereiten, die allerdings von den Dienern des Barons unterbrochen wird. Sie haben ihre Motivation wiedergefunden, und jeder kämpft mit seinen besonderen übernatürlichen Kräften, bis die Türken nur noch fliehen können.
Ein Triumphzug wird in der Stadt vorbereitet. Doch der böswillige Bürgermeister gönnt dem Baron den Triumph nicht und erschießt ihn hinterrücks. Der Baron ist tot und wird begraben...
...und in diesem Moment findet man sich zurück auf der Theaterbühne vom Anfang. Lachend erklärt der Baron Münchhausen, dies sei nicht die einzige Gelegenheit gewesen, bei der er dem Tod ins Auge blicken konnte – und er würde es jederzeit weiterempfehlen. Es wird klar, alle die Abenteuer waren nur eine große Geschichte des Barons. Dennoch fordert er, man solle vor die Stadt ziehen und die Tore öffnen. Gegen den Widerstand der Wachen und des Bürgermeisters setzen die Leute sich durch, die Tore werden geöffnet. Und siehe da, das Lager der Türken wurde vernichtet, die Türken sind geflohen. Der Baron setzt sich auf sein Pferd, bevor er davonreitet, fragt Sally ihn: „Es war also doch nicht nur eine Geschichte?“ Der Baron antwortet nicht, sondern reitet in den Sonnenuntergang davon.
