En 1976, alors qu'elle est en mission, la navette spatiale des astronautes Bill Hudson, Jeff Carter et Judy Franklin est mystérieusement projetée dans le futur puis amerrit en catastrophe dans un lac d'Amérique du Nord en l'an 3979. Pendant ce temps, le Général gorille Urko demande au Conseil de la capitale des singes l'autorisation d'exterminer définitivement les humains. Le zoologiste chimpanzé Cornélius souhaite lui que l’espèce soit préservée pour les besoins de la science. Le représentant du conseil Zaïus tranche en faveur de ce dernier car les humains sont muets et ne représentent pas un danger. Il rappelle cependant à Cornélius que selon le livre de la prophétie simienne, si les singes découvrent des hommes qui parlent, il faudra alors détruire l'espèce entière. Ayant quitté leur vaisseau les trois astronautes commencent à traverser le désert entourant le lac. Lors de leur périple, un tremblement de terre avale Judy.

Un gorille informe le conseil des singes qu'il a vu l'amerrissage d'un appareil conduit par des hommes intelligents. Zaïus et Urko organisent alors une expédition pour vérifier ses dires. Zira et Cornélius en informent Bill. La découverte du vaisseau signerait l’arrêt de mort de l’espèce humaine. Bill, Jeff et Nova arrivent avant eux au lac, récupèrent un laser et programment l’autodestruction du vaisseau. Parvenu sur place, Zaïus constate l’absence de preuves d’une intelligence humaine et retourne à la ville des singes pour annoncer la bonne nouvelle

Urko planifie une expédition pour éradiquer les humains primitifs. Bill et Jeff retournent alors secrètement en ville pour demander à Cornélius de trouver une cachette pour leurs semblables. D’abord réticent, le chimpanzé finit par leur donner une carte d'une région inexplorée par les singes. Après une tentative infructueuse pour découvrir un passage pour mener à cette région, Bill et Jeff décident de retourner auprès de leur navette

Alors qu'ils sont poursuivis par Urko, Jeff et Bill sont engloutis par un tremblement de terre. Ils se retrouvent dans des ruines de la ville de New York. Ils y découvrent des hommes encapuchonnés ayant des pouvoirs télépathiques. Ceux-ci tiennent en leur contrôle leur compagne Judy. Ils sont alors enfermés dans une cellule mais Judy échappe momentanément au pouvoir mental des télépathes et aide Jeff et Bill à s’enfuir. Tous deux regagnent la surface mais jurent de revenir pour délivrer Judy

Déguisés en hommes télépathes, Urko et ses gorilles dérobent de nombreux objets précieux dans la ville des singes. Urko obtient ainsi l'autorisation du conseil des singes pour détruire le tunnel qui conduit à la cité souterraine des télépathes. Zira et Cornélius se rendent alors dans la vallée pour avertir leurs amis astronautes. Arrivés sur place, les chimpanzés et les astronautes reçoivent un message du chef des télépathes qui leur révèle la vérité. Cornélius et Zira retrouvent donc les objets volés et les montrent à Zaïus. De leur côté, Bill et Jeff se rendent auprès des télépathes et font échouer l'attaque des gorilles. Une nouvelle fois vaincu et ayant trahi la confiance de Zaïus, Urko est suspendu de ses fonctions

Urko étant suspendu, Cornélius et Bill décident que le moment est venu de présenter l'ancien livre humain au conseil de la cité des singes. Ils espèrent ainsi prouver que l'homme civilisé a existé avant le singe. Ceci permettrait peut-être de faire voter une loi protégeant les humains. Pendant ce temps, Urko influence son remplaçant, le colonel Rotok, pour mener une nouvelle attaque contre la forteresse des humains. Cornélius et Bill réparent leur montgolfière et se rendent dans la montagne. Judy et Jeff, de leur côté, parviennent à disperser l'armée de Rotok avec leur avion. Cornélius et Bill atteignent le temple de Kigor mais sont attaqués par le monstre volant. C'est alors que la statue du dieu Kigor se réveille et chasse l'animal. Les deux amis peuvent ensuite récupérer le livre et retourner auprès des leurs

Lors d'une fouille archéologique, Cornélius découvre un livre humain ainsi que les plans de fabrication d'une montgolfière. Cornélius demande alors à Bill de l'aider à construire un engin de cette sorte. Et, pour qu'Urko ne puisse pas détruire le livre, ils partent ensemble pour cacher le livre dans la montagne. Durant leur périple, ils affrontent une tempête qui détruit leur ballon. Ils se réfugient ensuite dans le temple du dieu singe Kigor où ils cachent le livre au pied de la statue du dieu

Menacés par une coulée de lave d'un volcan, les humains télépathes vivant sous terre contactent Bill et Jeff pour qu'ils leur viennent en aide. Les deux astronautes acceptent mais demandent la libération de Judy. Avec leur laser, les deux hommes parviennent ensuite à dévier la trajectoire de la coulée de lave et sauvent ainsi la cité souterraine

Bill, Jeff et Judy découvrent que les gorilles du général Urko possèdent un avion de la Seconde Guerre mondiale, un Curtiss P-40 Warhawk. Les singes se servent de ce modèle pour construire toute une flotte qu'Urko souhaite utiliser pour anéantir les humains et renforcer son pouvoir sur les singes. Aidés par Cornélius et Zira, les trois astronautes se rendent dans la base secrète d'Urko. Et, pendant que Bill et Jeff détruisent la flotte en construction, Judy dérobe le P-4

Bill, Jeff et Judy construisent des radeaux pour conduire les humains jusqu'à la région indiquée par la carte de Cornélius. Ils traversent d'abord une jungle puis un désert. Pendant ce temps, Urko obtient l'autorisation d'éliminer les humains et se lance à leur poursuite. En chemin les humains tombent sur l’épave d’un vaisseau spatial américain. Ils rencontrent là Ron Brent, un astronaute ayant quitté la Terre en 2109. Brent connaissant la région, il accepte d'accompagner le groupe après avoir lancé l’autodestruction de son vaisseau. Arrivés sur place, les astronautes construisent une forteresse grâce à leur laser. C’est à ce moment qu'Urko parvient à les rattraper. Il lance donc son attaque mais ne parvient pas à les déloger. Il est contraint de repartir pour récupérer de l'artillerie lourde à la cité des singes

Bill et Judy retournent chercher le P-40 pour qu'il puisse servir à protéger la forteresse humaine lors de la prochaine attaque d'Urko. Pendant ce temps, un monstre volant attaque les humains et s’en prend à leurs troupeaux. Une fois l'avion récupéré Bill et Judy reviennent auprès des humains. Ils parviennent grâce à l'appareil à chasser le monstre

Bill et Jeff partent à la recherche de carburant pour l’avion. Peu après Nova tombe malade. Brent, qui a des connaissances médicales diagnostique une maladie mortelle et contagieuse. Brent se souvient qu’il existe un sérum pour guérir la maladie. Judy part en avion auprès de ses amis astronautes puis rejoint Zira et Cornélius pour qu'ils mettent au point le sérum. De leur côté Bill et Jeff découvrent une base aérienne abandonnée et embarquent du carburant. Une fois le sérum mis au point et l'avion prêt à voler, Judy retourne auprès de Nova et parvient à la sauver