캔자스에서의 어린 시절부터 하늘을 나는 꿈을 꾸었던 아멜리아 에어하트(힐러리 스왱크). 1928년, 출판계의 거물 조지 퍼트남(리처드 기어)의 주선으로 유명 조종사의 대서양 횡단 비행에 총책임자의 직책으로 동승한 아멜리아는 대서양을 횡단한 최초의 여성 비행사라는 명성과 함께 새로운 여성 영웅으로 부상한다. 몇 년 뒤, 자신을 대중들의 스타로 만들어준 조지의 오랜 구애를 받아들여 결혼식을 올린 아멜리아는 모험을 즐기는 삶을 계속하여 대서양 단독 횡단에도 성공한다. 그런 와중에 아멜리아는 파티에서 만난 진 비달(이완 맥그리거)과 우정 이상의 감정을 나눈다. 결국 조지에게 돌아간 아멜리아는 1937년 여름, 세계 일주 비행이라는 일생일대의 꿈에 도전하는데…