Film opowiada o przygodach barona Munchausena, który za namową swojego kuzyna Siriusa, astrologa przekonanego, że na Księżycu mieszka starożytna rasa zwana Selenitami, wyrusza tam w podróż. Selenici posiadają przy tym sekret nieśmiertelności. Baron przyjmuje propozycję kuzyna i leci na Księżyc na pokładzie wysokiego, ożaglowanego statku ciągniętego przez trzy balony na ogrzane powietrze. Pomagają mu przyjaciele obdarzeni nadzwyczajnymi zdolnościami (którzy wystąpili w poprzednim filmie z tej serii, The Fabulous Adventures of the Legendary Baron Munchausen). Po dotarciu na Księżyc od razu znajdują się w niebezpieczeństwie, gdy ich statek ląduje w kraterze, a oni wpadają do podziemnego morza zamieszkanego przez potwory...