ปี 1957 ในช่วง สงครามเย็น อินเดียน่า โจนส์ (แฮร์ริสัน ฟอร์ด) และสหายของเขา แมค (เรย์ วินสโตน) ได้หลบหนีการตามล่าจากสายลับโซเวียตและได้กลับไปยังมหาวิทยาลัยมาร์แชลบ้านเกิดของโจนส์ เพื่อนของเขาที่เป็นหัวหน้าภาควิชาไม่พอใจกับการกระทำครั้งล่าสุดของเขาและไล่เขาออกจากมหาลัย ในระหว่างที่โจนส์เดินทางไปยังเมืองเขาก็พบกับ มัตต์ วิลเลียมส์ (ไชอา เลอบัฟ) และ มาเรียน ราเวนวูด (คาเรน อัลเลน) ต้องเดินทางข้ามโลกเพื่อออกตามหากะโหลกแก้วศักดิ์สิทธิ์ และต้องต่อสู้กับศัตรูคือเหล่าสายลับรัสเซีย ภายใต้การนำทีมของ อีริน่า สปัลโก้ (เคต แบลนเชตต์) ที่ต้องการกะโหลกแก้วมาครอบครองเช่นกันและโจนส์ก็มารู้ทีหลังว่ามัตต์เป็นลูกชายของเขา