1899. À la tête d'un groupe de terroristes, un inconnu se faisant appeler "Le Fantôme" menace l'ordre international en dressant les nations européennes les unes contre les autres. Devant la menace imminente d'un conflit majeur, l'Angleterre décide de former la "Ligue des Gentlemen Extraordinaires". Cette dernière est composée du célèbre aventurier Allan Quatermain, de Tom Sawyer, membre des services secrets américains, de la chimiste Mina Harker, de Rodney Skinner, qui peut se rendre invisible, de l'immortel Dorian Gray, du docteur Henry Jekyll ainsi que du capitaine Némo. Ces sept personnages hors du commun embarqueront à bord du Nautilus et devront gagner Venise, afin de contrecarrer les sombres projets du Fantôme…
Le film est tiré de la bande dessinée éponyme d'Alan Moore. Relevant du genre steampunk, il réunit un certain nombre de personnages de la littérature populaire du XIXe siècle ; ce sont par ordre alphabétique des écrivains :

Créé par Arthur Conan Doyle : James Moriarty ennemi de Sherlock Holmes
Créé par Henry Rider Haggard : Allan Quatermain, joué par Sean Connery
Créé par Robert Louis Stevenson dans L'Étrange Cas du Dr Jekyll et de Mr Hyde : le Dr Jekyll
Créée par Bram Stoker dans son Dracula : Mina Harker
Créé par Mark Twain : Tom Sawyer, le débrouillard
Créé par Jules Verne dans Vingt mille lieues sous les mers : le capitaine Nemo
Créé par H. G. Wells : L'Homme invisible
Créé par Oscar Wilde dans son Le Portrait de Dorian Gray : Dorian Gray

Les personnages présents dans le film ne correspondent pas tous à ceux de la bande dessinée originale. Ainsi, Mina Harker qui est un vampire dans le film ne l'est pas dans la bd où ne figurent en outre ni Tom Sawyer ni Dorian Gray. Alan Moore, comme pour chacune des adaptations de ses bandes dessinées au cinéma, s'est déclaré mécontent de l'adaptation qui diffère largement de l'original