Amelia Earhart (Hilary Swank) es una aviadora que establece muchos récords, incluyendo el de ser la primera mujer en pilotar un vuelo transatlántico en solitario. Se casa con el editor George Putnam (Richard Gere) y lo ama, pero sin querer atarse, tiene un breve romance con su compañero entusiasta de la aviación y hombre de negocios, Gene Vidal (Ewan McGregor).

Amelia quiere ser la primera mujer en pilotar un vuelo mundial y con la ayuda de su marido y de muchos patrocinadores financieros, el proyecto tiene luz verde. Su primer intento de misión global fracasa cuando un tren de aterrizaje defectuoso hace que el avión se estrelle al despegar. Ella y el especialista en navegación Fred Noonan tienen más éxito en su segundo intento y son capaces de despegar con éxito.

Treinta días después, Amelia y Fred regresan a casa después de haber circunnavegado el globo con éxito. Después de dejar Papua Nueva Guinea, los dos tienen una oportunidad de repostar su avión en la pequeña isla Howland. Si fallan en la isla, no tendrán suficiente combustible para completar la travesía del Pacífico. En la isla Howland, la Armada está preparada para guiar el avión de Amelia, pero las fallas de comunicación hacen que Amelia nunca reciba las transmisiones de la Armada.

Después de varios intentos fallidos de encontrar la isla y ya peligrosamente bajo en combustible, se supone que el avión se hunde en el océano. Una nota al pie de página después de las películas dice que nunca se encontró evidencia de Amelia, Fred o su avión después de una extensa búsqueda en el Océano Pacífico. Sin embargo, Amelia Earhart siempre será conocida como una pionera de la mujer en la aviación.