El capitán Jim West (Will Smith) y el marshall Artemus Gordon (Kevin Kline), acompañados por la guapísima y extraña Rita Escobar (Salma Hayek), tienen la misión de encontrar a un grupo de científicos que han sido secuestrados, al parecer, por el inválido doctor Arliss Loveless (Kenneth Branagh), en el plazo de una semana.