Na primeira década do século XX um carro de corrida, que tinha ganho três grandes prêmios, sofre um acidente e fica totalmente queimado. Algum tempo depois duas crianças, Jemima (Heather Ripley) e Jeremy (Adrian Hall), os filhos de Caractacus Potts (Dick Van Dyke), um inventor fracassado, vêem a carcaça deste carro de corrida, que seria vendido por 30 xelins. Eles imploram ao pai que o compre, mas Potts está sem dinheiro e o avô das crianças (Lionel Jeffries), que mora com eles, se encontra na mesma situação. Após uma tentativa desastrosa de vender uma de suas invenções para o Lorde Scrumptious (James Robertson Justice), o fabricante de doces da região, Potts consegue acidentalmente dinheiro suficiente em um parque de diversões. Potts compra o carro e, milagrosamente, transforma um veículo que estava caindo aos pedaços em um carro novo em folha. Ele resolve fazer um piquenique com as crianças e o vovô, para comemorar o carro novo. No caminho eles quase batem no carro de Truly Scrumptious (Sally Ann Howes), a bela filha de Lorde Scrumptious. Como o carro dela ficou atolado, eles a convidam a ir ao piquenique. Já na praia, todos se divertem e as crianças pedem ao pai que lhes conte uma história. Potts cria uma fantástica aventura, no qual o carro deles pode andar sobre a água e voar. No conto o barão Bomburst (Gert Fröbe), o cruel ditador da Vulgária, quer o carro para ele e seqüestra o vovô, pensando que é o inventor. Então Potts, Truly e as crianças voam no carro até a Vulgária, para libertá-lo.
