O diretor do Instituto de Astronomia (interpretado por Georges Méliès) propõe, numa reunião, um plano fantasioso para uma viagem à Lua. Ele e outros cinco astrónomos audaciosos constroem uma cápsula-obus e um canhão e, com a ajuda do exército, viajam com sucesso para a Lua dentro da cápsula. Após a euforia inicial, os seis astrónomos adormecem exaustos na superfície lunar, sem suspeitar que inúmeras estrelas os observam silenciosamente enquanto dormem. Uma queda de neve gelada acaba por acordá-los. Refugiando-se numa gruta, perturbam acidentalmente os selenitas (habitantes da Lua) com um guarda-chuva, dando início a uma aventura caótica…