Samuel Sayer y su hermana Rose son misioneros británicos en el África oriental alemana en agosto de 1914. Su puesto y sus provisiones son entregados por un pequeño barco de vapor llamado African Queen, timoneado por el rudo mecánico canadiense Charlie Allnut, cuyo comportamiento tosco toleran.

Cuando Charlie advierte a los Sayers de que la guerra ha estallado entre Alemania y Gran Bretaña, deciden quedarse en Kungdu, pero ven cómo las tropas coloniales alemanas queman el pueblo y se llevan a los habitantes para que los pongan a trabajar. Cuando Samuel protesta, es golpeado por un oficial y pronto delira con fiebre, muriendo poco después. Charlie ayuda a Rose a enterrar a su hermano y escapan en el African Queen.

Charlie menciona a Rose que los británicos no pueden atacar a los alemanes debido a la presencia de un gran cañonero, el Königin Luise, que patrulla un gran lago río abajo. Rose idea un plan para convertir el African Queen en un torpedero y hundir el Königin Luise. Después de convencerlo, Charlie acepta el plan.

Charlie permite a Rose navegar por el río con el timón mientras él se encarga del motor, y ella se anima después de que pasen el primer grupo de rápidos con una inundación mínima en el barco. Cuando pasan por la fortaleza alemana, los soldados comienzan a dispararles, dañando la caldera. Charlie consigue volver a conectar una manguera de presión justo cuando están a punto de entrar en el segundo grupo de rápidos. El barco rueda y cabecea mientras desciende por los rápidos, lo que provoca una inundación más grave en la cubierta. Mientras celebran su éxito, Charlie y Rose se encuentran abrazados y se besan. La tercera serie de rápidos daña el eje de la hélice del barco. Charlie endereza el eje y suelda una nueva pala en la hélice, lo que les permite partir de nuevo.

Todo parece perdido cuando la embarcación queda empantanada en el barro y los densos juncos cerca de la desembocadura del río. Sin provisiones y con escasez de agua potable, Rose y un febril Charlie se desmayan, aceptando ambos que pronto morirán. Rose reza una oración en silencio. Mientras duermen, las lluvias torrenciales aumentan el nivel del río y hacen flotar al African Queen hacia el lago.

Durante los dos días siguientes, Charlie y Rose se preparan para el ataque. El Königin Luise regresa y Charlie y Rose conducen a la Reina Africana al lago en la oscuridad, con la intención de ponerla en rumbo de colisión. Una fuerte tormenta hace que el agua entre en el African Queen por los agujeros de los torpedos. Finalmente, el barco vuelca, arrojando a Charlie y a Rose al agua. Charlie pierde de vista a Rose en la tormenta.

Charlie es capturado y llevado a bordo del Königin Luise, donde es interrogado por oficiales alemanes. Creyendo que Rose se ha ahogado, no intenta defenderse de las acusaciones de espionaje y el capitán alemán le condena a morir en la horca. Rose es llevada a bordo del barco justo después de que se pronuncie la sentencia de Charlie. El capitán la interroga y Rose confiesa con orgullo el complot para hundir el Königin Luise, decidiendo que no tienen nada que perder. El capitán la condena a ser ejecutada junto con Charlie, ambos como espías británicos. Charlie pide al capitán alemán que los case antes de ser ejecutados. El capitán acepta y, tras celebrar la más breve de las ceremonias matrimoniales, está a punto de llevar a cabo la ejecución cuando el Königin Luise es sacudido por una serie de explosiones, volcando rápidamente. El barco ha chocado con el casco sumergido del African Queen y ha detonado los torpedos. La pareja de recién casados logra escapar del barco que se hunde y nadar juntos hasta ponerse a salvo.