Als kleiner Junge wächst Jim Hawkins (Joseph Gordon-Levitt) mit Geschichten über den legendären Piraten Kapitän Flint auf. Zwölf Jahre später ist er zu einem eigensinnigen, rebellischen Teenager herangewachsen; sein Vater ist von der Bildfläche verschwunden und seine Mutter Sarah (Laurie Metclafe) ist am Ende ihrer Kräfte. Jim hilft seiner Mutter nur widerwillig im Benbow Inn aus und findet Unterhaltung durch "Solar Surfing" (ähnlich wie Windsurfen und Sky Surfing), ein Hobby, das ihn häufig in Schwierigkeiten bringt.
Eines Tages stürzt ein Raumschiff in der Nähe des Gasthauses ab, und Billy Bones (Patrick McGoohan), der Pilot des Schiffes, wird schwer verletzt. Bevor er seinen Wunden erliegt, gibt er Jim eine Kugel und warnt ihn, "sich vor dem Cyborg zu hüten". Danach überfällt eine Bande von Piraten das Gasthaus und macht es dem Erdboden gleich, als Jim, Sarah und ihr hundeähnlicher Freund Dr. Delbert Doppler (David Hyde Pierce) entkommen. Jim flüchtet sich in Delberts Arbeitszimmer und entdeckt, dass die Kugel eine Karte zum legendären Schatzplaneten ist.
Doppler beauftragt ein Schiff namens RLS Legacy mit einer Mission zur Suche nach Treasure Planet. Das Schiff wird von dem katzenartigen, freigeistigen Kapitän Amelia (Emma Thompson) und dem steinhäutigen Mr. Arrow (Roscoe Lee Browne) gesteuert; die Besatzung wird heimlich von dem Halb-Roboterkoch Long John Silver (Brian Murray) angeführt, den Jim für den Cyborg hält, vor dem Bones ihn gewarnt hat. Jim wird zur Arbeit in die Kombüse geschickt, wo Silver und sein formwandelndes Haustier, der Außerirdische Morph, ihn beaufsichtigen. Obwohl Jim Silver nicht vertraut, bilden sie eine schwache Vater-Sohn-Beziehung.
Auf der Reise trifft das Schiff auf eine Supernova. Während Jim die Rettungsleinen sichert, rettet er Silver gerade noch rechtzeitig. Die Supernova verwandelt sich dann in ein schwarzes Loch, und Mr. Arrow stürzt zu Tode in den Abgrund. Während Amelia um Arrow trauert, vermutet sie, dass Jim es nicht geschafft hat, seine Rettungsleine zu sichern, als sie in Wirklichkeit von dem verräterischen, krebsartigen Piraten Scroop (Michael Wincott) durchtrennt wurde.
Als sich das Schiff dem Treasure Planet nähert, belauscht Jim die Besatzung und entdeckt, dass sie Silver folgen, was zu einer Meuterei führt. Jim, Doppler, Amelia und Morph entkommen, aber die Karte wird zurückgelassen. Silver, der glaubt, dass Jim die Karte hat, zielt darauf ab, ihn zu töten, zögert aber; Amelia wird schließlich verwundet, als die Flüchtlinge bei der Flucht abgeschossen werden.
Während Jim den Dschungel von Treasure Planet erforscht, stößt die Gruppe auf den exzentrischen Roboter B.E.N. (Martin Short), der sein primäres Gedächtnis verloren hat, und lädt sie zu sich nach Hause ein, wo die Gruppe von den Piraten in die Enge getrieben wird; durch eine Hintertür kehren Jim, B.E.N. und Morph zum Schiff zurück, um die Karte zu bergen. Scroop greift sie an, stürzt aber schließlich in den Abgrund. Die Gruppe erhält die Karte, wird aber schließlich von Silver (der Doppler und Amelia gefangen genommen hat) gefangen genommen, als sie zurückkehren.
Silber zwingt Jim zur Verwendung der Karte, die ein Portal zu jedem Ort im Universum öffnen kann, was Jim zu der Erkenntnis führt, dass Flint seine Razzien auf diese Weise durchgeführt hat. Das Portal zum Treasure Planet wird geöffnet, und die Gruppe entdeckt, dass es sich bei dem Planeten um eine riesige Raumstation handelt, die Flint requiriert hat, um seine Beute zu lagern. Während die Piraten sich darauf vorbereiten, die Beute einzusammeln, findet Jim Flints Skelett, das das fehlende Stück des kognitiven Computers von B.E.N. enthält. Nachdem er wieder eingesetzt wurde, erinnert sich B.E.N. sofort daran, dass Flint den Planeten so manipuliert hatte, dass er bei der Entdeckung des Schatzes explodiert. Als der Planet auseinanderfällt, versucht Silver in einem verzweifelten Versuch, nicht mit leeren Händen zu gehen, auf einem mit einem Schatz beladenen Boot zu entkommen, opfert den Schatz jedoch, um Jim zu retten. Die Überlebenden fliehen zum Schiff, aber es ist beschädigt und kann den Planeten nicht mehr rechtzeitig verlassen. Jim manipuliert ein raketenbetriebenes Segelbrett und reitet vor dem Schiff zum Portal. Im letzten Moment setzt Jim das Portal zum Montressor-Raumhafen, und er und die Crew räumen die Zerstörung ab.
Jim entdeckt, dass Silber unter Deck entkommen ist. Jim erlaubt Silver zu gehen, und Silver gibt Jim Morph und gibt ihm einen Teil des Schatzes, den er vor der Zerstörung des Planeten gerettet hat, um ihm beim Wiederaufbau des Benbow Inn zu helfen; als er geht, sagt Silver Jim, dass er "die Sterne durcheinander bringen wird". Amelia bietet Jim eine Empfehlung an die Interstellare Akademie an, bevor er zum Weltraumbahnhof zurückkehrt, um sich mit seiner Mutter wieder zu vereinen. Einige Zeit später findet eine Feier im wieder aufgebauten Inn statt; Doppler und Amelia heiraten und bekommen Kinder, und Jim wird Militärkadett. Während der Feier sieht Jim ein Bild von Silver in den Wolken, das stolz lächelt.
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