小姑娘希達（SHEETA）是傳說中「天空之城拉普達（Laputa）」王族的後裔，那曾是超越地上文明不知幾千年的空中文明，但不知為何，希達的祖先離開「天空之城」，拋棄發達的科技，在地面上過起隱居的生活。然而一天，幾個不明身份的男子出現在她家門口。
故事由希達所坐的軍隊飛行船遭到空中海盜的襲擊而開始。爭鬥中希達從萬米高空的飛行船上跌落下來…… 故事另外一個主人公少年巴斯（PASU）是礦工機師的學徒，這一天收工時，發現天上有個亮晶晶的東西正在慢慢地下落。是什麼？UFO？他飛也似的跑過去，發現是一個好可愛的女孩子，在一團藍光的包圍下從天上飄下來了……
第二天，希達在巴斯的房間裡醒來，發現房裡有一張「天空之城拉普達」的照片。這是巴斯的父親冒著生命的危險歷盡艱險才拍到的真正的天空之城，但除了巴斯之外，沒有人相信他。於是父親在鬱鬱寡歡中去世了。巴斯發誓，一定要向他人證實，世上真的有天空之城存在！
嗅覺靈敏的海盜很快就找上門來了。接下來就是一段令人眼花繚亂的追捕與逃跑鏡頭，最後二人在眾目睽睽之下掉入萬丈深的礦井，希達戴的飛行石又一次發光，令他二人安全飄落。礦井中，飛行石和井下的礦石發生共鳴，原來這裡曾是開採飛行石原料的地方，但提煉飛行石的技術，傳說只有拉普達人才掌握著。
二人剛出礦井，就被軍隊的人抓住了。希達被帶往要塞，在那裡，一個叫穆斯卡的人給希達看一個巨大的機器人，說是從天空之城掉下來的，憑當時的科技無法令它再啟動。當天晚上，希達念起祖輩所流傳的尋求幫助的咒語，飛行石發出光茫，令機器人再次活起來，整個要塞變成火的海洋。
巴斯趁亂和海盜達成聯盟飛入要塞救出了希達。匆忙中希達丟失了飛行石，而穆斯卡得到了寶石，命軍隊按照寶石上聖光的指引，飛向天空之城。另一方，海盜媽媽朵拉從希達的記述中算出了天空之城的方位，帶著希達二人乘海盜飛艇全速前進！
即將到達之時，忽然前方出現龍捲風，和穆斯卡的艦艇又狹路相逢，交戰中巴斯和希達的滑翔機被捲入龍捲風裡。這裡是被上帝拋棄的領域，自然的恐怖與眾神的憤怒在這裡集結，飛越濃重的黑暗，在縱橫飛嘯的電光中，穿過閃電的迴廊，突破生與死的界限，命運之門再次敞開在少年的面前……龍捲風的中心，正是傳說中的飛島「天空之城拉普達」！這兒是寂靜的天堂，只有機器人值守的空中都市，植物和遠古生物的家園。