Filmen forteller historien om kaptein EO (spilt av Michael Jackson) og mannskapet på romskipet hans på oppdrag for å levere en gave til "The Supreme Leader" som lever i en verden av råtnende, vridd metall. Kaptein EOs mannskap består av hans håndlanger Fuzzball, en to-hodet navigatør og pilot Idey og Ody, sikkerhetsoffiser Major Domo en robot. Samt en mindre robot, Minor Domo (som passer som en modul inn i Major Domo) samt den klønete elefant-lignende skapningen Hooter som veldig ofte forstyrrer mannskapets oppdrag. Dick Shawn spiller kaptein EOs sjef, kommandør Bog.