Num mundo repleto de aviões e dirigíveis, Sheeta é uma jovem que foi raptada por agentes do governo que procuram o seu misterioso amuleto de cristal. Enquanto está presa a bordo de uma aeronave, ela se vê sem esperança – isto é, até que o navio seja invadido por piratas. Aproveitando a confusão que se seguiu, Sheeta consegue fugir de seus captores. Ao escapar, ela conhece Pazu, um garoto que sonha em chegar ao lendário castelo voador, Laputa. Os dois decidem embarcar juntos numa viagem para descobrir este castelo no céu. No entanto, eles logo encontram os agentes do governo de volta em seu encalço, pois eles também estão tentando chegar a Laputa para seus próprios propósitos gananciosos.

Tenkuu no Shiro Laputa segue as aventuras crescentes de Sheeta e Pazu, enquanto eles aprendem como sonhos e circunstâncias terríveis podem aproximar duas pessoas.