Nous sommes en 2740. Valérian (Dane Dehaan) et Laureline (Cara Delevingne) sont deux agents spatio-temporels. À bord de leur vaisseau ‘l’Intruder’, ils sillonnent l’espace et le temps afin d’accomplir les différentes missions que leur confie le Pouvoir Central. Cette nouvelle aventure les emmène sur la station orbitale "Alpha" qui abrite 17 millions d’individus venant des quatre coins de l’univers. Près de 8000 espèces différentes y échangent leurs connaissances et leurs savoirs, leurs technologies et leurs pouvoirs. Le pire endroit pour mener une enquête...
Le casting 4 étoiles du film accueille également la chanteuse Rihanna, Clive Owen, Ethan Hawke, le Français Alain Chabat, Kris Wu, Herbie Hancock, et Tom Hygreck.