Steve Zissou (Bill Murray) é um lendário explorador subaquático, famoso pelos seus rompantes de temperamento e também pelos documentários que faz sobre a vida no fundo dos oceanos. Entretanto os últimos dias não têm sido felizes para Zissou. Esteban (Seymour Cassel), seu melhor amigo e parceiro de longa data, foi recentemente devorado por um tubarão-jaguar. Além disto Zissou precisa lidar com os boatos de que está perdendo seu talento, sem contar o súbito aparecimento de Ned Plimpton (Owen Wilson), um co-piloto que diz ser seu filho nunca visto. Em meio a todos estes problemas Zissou se prepara para realizar seu maior épico cinematográfico, que permitirá que recupere sua nobreza, seja o pai que nunca imaginou poder ser e ainda por cima se vingue do tubarão-jaguar.