En una gran y larga conferencia de astrónomos, el presidente de la reunión (Interpretado Georges Méliès) propone hacer un viaje a la luna. Después de tratar un cierto silencio (lanzando el papel en una persona que interrumpe), seis valientes astrónomos diseñan un plan, después de haber diseñado una cápsula espacial, son lanzados al espacio por un cañón gigante. La cápsula es expulsada hacia la bonita cara de la luna, dañándole el ojo derecho.
Los astrónomos salen de la cápsula y ven que la nave ha colisionado. Aterrizando con seguridad en la luna, los exploradores salen de la cápsula y miran la gran distancia entre la tierra y el territorio en el que se hallan, exhaustos por el largo viaje, éstos desenrollan sus frazadas y duermen. Mientras duermen un cometa pasa y la Osa Mayor aparece, cada estrella posee una cara humana, el viejo Saturno se inclina fuera de una ventana en su planeta anillado y Febe, diosa de la luna, aparece sentada en un oscilación de una luna-creciente. Febe provoca una gran tormenta de nieve, que obliga a los astrónomos a buscar refugio y calor.
Los protagonistas encuentran una cueva donde se pueden cobijar. En esta cueva encuentran unos hongos muy grandes.Uno de los terrícolas abre su paraguas; toma la raíz de uno de los hongos y se transforma en una seta gigante.
De pronto, un selenita (habitante de la luna) aparece, los exploradores matan sin intención a uno y el pueblo selenita desea vengarse por la muerte de su habitante. Segundos después aparecen un gran número de selenitas con armas atacando a los astrónomos y así secuestrándolos. Más habitantes del satélite aparecen obligándolos a que éstos se rindan. La tribu de selenícolas les presentan a su líder, y por reacción el jefe de la tripulación mata a éste.
De este modo escapan de vuelta a la cápsula, mientras son perseguidos por los selenitas. Cinco astrónomos entran en la cápsula y el último utiliza una cuerda para inclinar la cápsula sobre la tierra. Los selenitas intentan agarrar la cápsula a última hora y la empujan. La nave cae hacia un océano de la Tierra y la cápsula flota de nuevo a la superficie, donde son rescatados por una nave y remolcados en tierra.
