Fin du XIXe siècle. Edgar Rice Burroughs hérite de la fortune de son oncle, John Carter. Virginie, dix ans plus tôt. Cavalier sudiste sans cause depuis le meurtre de sa femme et de sa fille, John Carter est à la recherche d'une caverne remplie d'or. Poursuivi par les hommes du colonel Powell et par des Apaches, il découvre par hasard la caverne, mais est attaqué par un individu surgi de nulle part. Projeté dans un lieu inconnu, John se découvre le don de faire des bonds spectaculaires. Il est capturé par Tars Tarkas, le roi des Tharks. John est sur Mars, qui est en proie à une guerre ancestrale. Les mystérieux Therns, menés par Matai Shang, ont fourni à Sab Than, chef des Zodangiens, une arme pour asservir les Héliumites de Tardos Mors. Ce dernier doit accepter la requête de Sab Than : sa fille, Dejah Thoris, contre la paix. Dejah a pris la fuite, poursuivie par les Zodangiens. John vole à son secours. Pour sauver sa fille, Sola, d'une mort certaine, Tars Tarkas lui ordonne de guider John. Matai Shang veille : Tardos Mors vient chercher sa fille... avec Sab Than. La princesse se résout à l'épouser pour sauver son peuple. Neutralisé par Matai Shang, John découvre ses projets : Hélium sera détruite juste après le mariage. John parvient à se libérer. Capturé par les Tharks, il réhabilite Tars Tarkas et Sola. Ralliés à sa cause, les Tharks interviennent à temps pour défaire Sab Than et les Zodangiens. John épouse Dejah. Mais Matai Shang le renvoie sur Terre... Après avoir simulé sa mort, John peut enfin retrouver Dejah...