En l'an 4 000, l'astronaute championne Barbarella interrompt les vacances qu'elle avait l'intention de passer sur Vénus pour partir à la recherche de Durand-Durand, inventeur de l'arme totale qu'il veut vendre à une planète ennemie de la Terre. C'est le Président de la Terre lui-même qui a confié cette mission essentielle à Barbarella. Soudain, la jeune astronaute volt son engin pris dans les orages magnétiques de l'étoile Tan-Ceti. Obligée de se poser sur la planète Lytheon, Barbarella est ligotée et capturée par deux charmantes petites jumelles au regard innocent. L'entraînant dans l'épave d'une fusée, elles dirigent vers leur captive une armée de petites poupées munies de mâchoires de requin qui entaillent la chair rosé de l'astronaute. Un barbu, Mark Hand, sympathique ermite, délivre Barbarella et lui indique que Durand-Durand se trouve dans la ville de Sogo. Pour le remercier, Barbarella s'offre à lui. Elle continue son voyage mais son appareil s'écrase dans le labyrinthe avoîsinant Sogo. Elle y fait la rencontre de l'ange aveugle Pygar et du professeur Pirig, prisonniers, comme les autres habitants du labyrinthe, de la Reine de Sogo. Les bardes noirs attaquent Barbarella, mais Pygar la sauve et l'emmène avec lui dans les airs. A peine arrivés à Sogo, ils sont capturés par la diabolique et sadique Reine Noire. Jetée dans une cage où des perruches vont la dévorer à petits coups de bec, Barbarella est sauvée par une trappe qui s'ouvre et la laisse descendre vers le groupe souterrain des révolutionnaires qui ont à leur tête le beau Dildano. Elle fait un pacte avec lui : elle collaborera à l'insurrection et, en contre-partie, Dildano l'aidera à retrouver Durand-Durand. Une fols dans le palais de la Reine, Barbarella est à nouveau capturée par le Concierge qui se révélera être Durand-Durand. Il installe sa prisonnière sur son « orgue d'amour» escomptant bien la faire mourir de plaisir. Mais, plus forte que la machine, Barbarella y provoque un incendie. Le but de Durand-Durand est de remplacer la Reine Noire et de devenir le Maître du monde. Mais les révolutionnaires contrecarrent ses projets. Il projette sur eux son rayon désintégrateur. La Reine Noire, surprise dans son sommeil, ne voit qu'une issue : lancer sur Sogo les eaux du fleuve Patmos, fleuve du Diable, qui répand sur son passage destruction et anéantissement total. Sans rancune, car un ange est tout amour et n'a pas de mémoire, Pygar entraîne sur ses ailes la Reine Noire, et bien sûr, Barbarella, enfin sauvée de l'abominable cité de Sogo.