존스박사는 집으로 돌아와 마샬대학교에 돌아가지만 상황은 더욱 악화되어 있다. 그의 가까운 친구이자 학장은 인디의 최근 행적이 정부의 의심을 샀고 존스박사를 해고하라는 압박을 받고 있다고 한다. 도시를 떠나는 길에 존스는 반항적인 기질의 머트(샤이어 라보프)를 만난다. 이제 그들은 함께 고고학적으로 엄청난 비밀과 전설을 가진 크리스탈 해골을 찾아 나서게 된다.

하지만 인디와 머트가 멀리 떨어진, 고대의 유적으로 덮힌, 그리고 황금의 도시가 있다고 하는 페루에 당도했을 때 그들은 크리스탈 해골을 쫓는 사람이 그들뿐만이 아니란 것을 깨닫는다. 소련의 요원들도 그들과 같이 크리스탈 해골의 뒤를 바짝 뒤쫓고 있다. 그들의 리더는 이라나스팔코(케이트블란쳇)이며 그들은 크리스탈 해골을 찾아 세계를 지배할 욕심에 불타고 있다.

인디와 머트는 무자비한 소련요원을 피할 방법을 찾아야하며 불가해한 신비를 쫓고 적들과 싸워 이겨야 하며 다른 무엇보다 크리스탈 해골이 사악한 손에 들어가지 않게 해야 한다.