ギリシャの島国イタケでは王の不在が続く。「トロイの木馬作戦」を成功させ、１０年続いたトロイア戦争を終結させたイタケの王オデュッセウス（マット・デイモン）はその後１０年もの間消息を絶ち、王妃ペネロペ（アン・ハサウェイ）は帰還を待ち続けていた。
王宮ではアンティノオス（ロバート・パティンソン）ら求婚者が王位を狙い、宴を繰り返し、我が物顔で居座り続けている。ペネロペと息子のテレマコス（トム・ホランド）、盲目の忠僕エウマイオス（ジョン・レグイザモ）だけがオデュッセウスの帰還を信じていた。
父の行方を求めスパルタへ向かったテレマコスは、スパルタの王メネラオス（ジョーン・バーンサル）と王妃ヘレネ（ルピタ・ニョンゴ）からオデュッセウスについての物語を聞かされる。トロイア戦争が長期化する中、ギリシャ軍を率いるオデュッセウスは巨大な木馬に兵を潜ませる策を立て、従弟の兵士シノン（エリオット・ペイジ）が木馬を供物と偽って城内へ運ばせた。命を落としたシノンの犠牲によって作戦は成功し、夜、木馬から飛び出したギリシャ兵がトロイアを陥落させた。だが、その後のオデュッセウスの足取りを知る者はいなかった。
戦争には勝利したものの、故郷を目指したオデュッセウスの船団は神々の怒りを買い、単眼の巨人キュクロプス、魔女キルケ（サマンサ・モートン）、鎧の巨人たちやセイレーンの歌など数々の試練に翻弄され、仲間は全滅。漂着した孤島で海の女神カリュプソ（シャーリーズ・セロン）に救われたオデュッセウスは、記憶を奪う蓮の実によって7年ものあいだ島に留め置かれる。
やがてカリュプソは彼の家族への思いを悟り、記憶を戻す手助けをする。妻から贈られたブローチを握りしめたオデュッセウスは再び海へ漕ぎ出し、奇跡的にイタケへ帰還する。
身分を隠した彼は、求婚者たちがテレマコス暗殺を企てていると知り、物乞いの姿で王宮に潜伏。愛する家族のために帰還した英雄が、欲望に支配された者たちとの最後の戦いに挑む。愛、欲望、裏切り、復讐――すべてが交錯する、ノーラン史上最大の王道アクション・エンターテインメント。