La película se abre con la escena de un congreso científico en el cual el profesor Barbenfouillis (el mismo Melies) intentando convencer a sus colegas para que formen parte de un equipo de exploración que va a la luna. Una vez que estos aceptan, la expedición se pone en marcha, y los científicos viajan en una nave espacial con destino a la luna. Entonces la nave aterriza en las dunas de la luna como un misil dirigido, que se representa como un ser antropomórfico. Una vez en la superficie, los científicos se reúnen con los habitantes de esas hostilestierras , los selenitas, que los llevan ante su Rey. Después de descubrir que los enemigos han desaparecido sin avisar bajo una nube de humo con el simple toque de un paraguas, estos franceses acaban sólos ante el Rey,del que logran escapar para regresar a la tierra. Sin embardo, en el viaje de vuelta caen en el océano, del que deberán ser rescatados.