En 1957, Indiana Jones, âgé de 58 ans, est toujours enseignant en archéologie. Il est confronté à l'Union soviétique pendant la Guerre Froide. Le professeur Irina Spalko le capture avec son ami "Mac" et pénètre dans une base militaire américaine, renfermant d'anciennes reliques. L'entrepôt militaire secret concerné n'est autre que le Hangar 51 de la fin des Aventuriers de l'arche perdue. Il s'enfuit, retourne au Barnett College. Il est néanmoins contraint de démissionner à cause de ce récent évènement dans le contexte du maccarthisme (chasse aux communistes). Un jeune motard Mutt Williams le trouve alors qu'il s'apprête à partir.

Une lettre de sa mère Marion Ravenwood, qui a bien connu le professeur dans l'épisode de l'arche Perdue, lui demande de retrouver Indiana qui est le seul à pouvoir la sauver ainsi que son vieil ami : le professeur Oxley. En effet, ce dernier s'est lancé dans une étude archéologique au sujet du conquistador Francisco de Orellana et de la cité d'Eldorado. En échange de son aide, Mutt est prêt à lui confier les plans de Oxley qui localise le crâne en cristal. Indy remarque qu'ils sont pistés par l'armée rouge. La lettre n'était qu'un leurre pour capturer Indy. Après une fuite à moto, Indy réussit à déchiffrer les notes de son confrère et les deux héros partent pour le Pérou pour dénouer l'énigme afin de retrouver Oxley et Marion. Pour les soviétiques, les crânes sont la source d'un pouvoir inestimable, ils sont plus que jamais sur les traces de nos deux aventuriers.