Valerian (Dane DeHaan) e Laureline (Cara Delevingne) são agentes especiais que trabalham para o governo dos territórios humanos para a manutenção da ordem em todo o universo.

Mas para além da atividade profissional, Valerian é apaixonado pela sua companheira, que o tem rejeitado pela sua extensa história com mulheres e os seus valores tradicionais.

Nos termos de um directiva do seu comandante Arün Filitt (Clive Owen), Valerian e Laureline embarcam numa missão para a perigosa cidade intergaláctica de Alpha, uma metrópole em constante expansão, para acabar com uma operação de grandes forças, que pretendem acabar com a vida dos dezassete milhões de habitantes, composta por diferentes espécies de todos os quatro cantos do universo.