No futuro, a Terra já não consegue sustentar uma população tão numerosa, tornando-se necessário partir para o espaço em busca de outros planetas habitáveis. Durante esta procura por mundos adequados, a humanidade começa a treinar chimpanzés para desempenharem tarefas simples em seu lugar. Numa missão espacial, a nave pilotada pelo chimpanzé do astronauta Leo (interpretado por Mark Wahlberg) é apanhada por uma tempestade cósmica e perde contacto com a estação espacial. Para resgatar o seu companheiro, Leo, ignorando todas as objeções, dirige-se sozinho para o centro da tempestade. Contudo, a sua nave acaba por colidir num planeta desconhecido. Ao acordar, Leo é capturado por um grupo de símios. Após uma observação atenta, descobre que, neste planeta, os símios possuem uma inteligência superior e dominam o mundo, enquanto os seres humanos verdadeiros se tornaram escravos deles. Para escapar à sua situação, Leo recebe ajuda de uma símia fêmea chamada Ari (interpretada por Helena Bonham Carter) e inicia uma fuga. Durante a fuga, o recetor de sinal que Leo transporta começa a captar gradualmente sinais emitidos pela nave-mãe. Quando todos seguem a direção indicada pelos sinais, descobrem que o destino é o local onde os ancestrais dos símios originalmente surgiram...