Di dunia yang dipenuhi pesawat dan kapal udara, Sheeta adalah seorang gadis muda yang diculik oleh agen pemerintah yang mencari jimat kristal misteriusnya. Saat terjebak di dalam kapal udara, ia mendapati dirinya tanpa harapan—hingga kapal itu diserbu oleh bajak laut. Memanfaatkan kebingungan yang terjadi, Sheeta berhasil melarikan diri dari para penculiknya. Setelah melarikan diri, ia bertemu Pazu, seorang anak laki-laki yang bermimpi mencapai istana terbang legendaris, Laputa. Keduanya memutuskan untuk memulai perjalanan bersama untuk menemukan istana di langit ini. Namun, mereka segera menemukan agen pemerintah kembali memburu mereka, karena mereka juga berusaha mencapai Laputa untuk tujuan serakah mereka sendiri.

Tenkuu no Shiro Laputa mengikuti petualangan Sheeta dan Pazu yang melayang, sembari mereka belajar bagaimana mimpi dan keadaan buruk dapat mendekatkan dua insan.