Tras terminar la Guerra de Secesión estadunidense, el presidente del Gun-Club, Impey Barbicane, propone la fabricación de un cañón gigante para enviar un proyectil a la Luna. Junto con el secretario, J. T. Maston, y tras ser informados de los detalles astronómicos por el observatorio de Cambridge, deben resolver una serie de cuestiones: características del cañón, forma y tamaño del proyectil, clase y cantidad de pólvora, ubicación del sitio de lanzamiento, financiación de la empresa, etc.
La factibilidad del proyecto es cuestionado por el capitán Nicholl, enemigo acérrimo de Barbicane (si el segundo es constructor de proyectiles, el primero lo es de corazas y escudos) el cual hace una serie de apuestas a Barbicane acerca del éxito del proyectil.
Tras conseguir el dinero necesario en una suscripción internacional, el gigantesco cañón es forjado en el suelo de la Florida. De pronto, aparece un francés, Miguel Ardan, con el deseo de viajar en el proyectil.
Tras un dramático duelo entre Barbicane y Nicholl, Ardan los convence de que olviden sus rencillas y viajen con él a la Luna. El proyectil es modificado para permitir que los pasajeros puedan soportar el viaje.
Antes de ser lanzado el proyectil, J.T. Maston se queda en él unos días. Cuando termina su misión, ha engordado. Finalmente, el proyectil es lanzado. J. T. Maston, en el observatorio construido en las Montañas Rocosas para la ocasión, intenta ubicarlo con el telescopio y, cuando lo logra, sufre una desilusión: el proyectil no ha llegado a su destino, sino que se ha convertido en satélite de la Luna.
