En la España de 1519, los estafadores Miguel y Tulio ganan un mapa de la legendaria Ciudad del Oro, El Dorado, en una apuesta de dados amañada (aunque irónicamente ganan el mapa limpiamente después de que Tulio recibiera dados normales de uno de los oponentes). Después de que se descubra su estafa, los dos evaden a los guardias y se embarcan accidentalmente en uno de los barcos que dirigirá el conquistador Hernán Cortés hacia el Nuevo Mundo. En el mar, son capturados y encarcelados, pero se liberan y roban un bote de remos con la ayuda del maltratado caballo de Cortés, Altivo.

Su bote llega a tierra, donde Miguel comienza a reconocer puntos de referencia del mapa, llevándolos a un tótem cerca de una cascada que Tulio cree que es un callejón sin salida. Cuando se preparan para salir, se encuentran con una mujer nativa, Chel, que es perseguida por los guardias. Cuando los guardias ven a Tulio y a Miguel montados en Altivo, como se representa en el tótem, los escoltan a ellos y a Chel hasta una entrada secreta detrás de las cataratas, en El Dorado. Los llevan ante los ancianos de la ciudad, el bondadoso jefe Tannabok y el malvado sumo sacerdote Tzekel-Kan. La pareja es confundida con dioses cuando un volcán entra en erupción por casualidad, pero se detiene simultáneamente durante una discusión entre ellos y les dan lujosas habitaciones, junto con el cargo de Chel. Ésta descubre que los dos están estafando al pueblo, pero promete guardar silencio si la llevan con ellos cuando abandonen la ciudad. Los dos reciben regalos de oro de Tannabok, pero desaprueban que Tzekel-Kan intente sacrificar a un civil en el ritual de los dioses. Mientras tanto, Cortés y sus hombres llegan a tierra.

Tulio y Miguel encargan a Tannabok que les construya un barco para que puedan abandonar la ciudad con todos los regalos que les han dado, bajo el pretexto de que los necesitan en el "otro mundo". Chel se acerca románticamente a Tulio y Miguel explora la ciudad, llegando a apreciar la vida pacífica que llevan los ciudadanos; cuando Tzekel-Kan ve a Miguel jugando a la pelota con los niños, insiste en que los "dioses" demuestren sus poderes contra los mejores jugadores de la ciudad. Tulio y Miguel son superados, pero Chel sustituye la pelota por un armadillo, lo que les permite ganar. Miguel se ahorra el ritual de sacrificar al equipo perdedor y reprende a Tzekel-Kan, ante la aprobación del público y ganándose el respeto de Tannabok. Tzekel-Kan se da cuenta de que Miguel ha recibido un corte durante el partido y se da cuenta de que ambos no son dioses, ya que los dioses no sangran, de ahí la razón de los sacrificios. Después, Miguel, que para entonces ha reconsiderado la posibilidad de abandonar la ciudad, oye a Tulio decirle a Chel que le gustaría que se fuera con ellos a España, antes de añadir que le gustaría que se fuera con él específicamente y que se olvidara de Miguel, lo que tensa la relación entre los dos. En una fiesta que se celebra para ellos, Miguel y Tulio comienzan a discutir sobre la conversación de Tulio y Chel y el deseo de Miguel de quedarse cuando Tzekel-Kan conjura un jaguar gigante de piedra para que los persiga por toda la ciudad. Tulio y Miguel consiguen burlar al jaguar, haciendo que éste y Tzekel-Kan caigan en un gigantesco remolino, que los nativos consideran la entrada a Xibalba, el mundo de los espíritus. Tzekel-Kan aparece entonces en la selva, donde se encuentra con Cortés y sus hombres. Creyendo que Cortés es el verdadero dios, Tzekel-Kan se ofrece a llevarle a El Dorado.

Miguel decide quedarse en la ciudad mientras Tulio y Chel suben a la embarcación terminada, antes de que vean humo en el horizonte y se den cuenta de que Cortés se acerca. Sabiendo lo que ocurrirá si Cortés descubre la ciudad, Tulio sugiere utilizar el barco para embestir los pilares de roca bajo la cascada y bloquear la entrada principal a la ciudad, a pesar de saber que perderán el oro en el proceso. El plan tiene éxito, ya que los ciudadanos derriban una estatua en la estela del barco para darle suficiente velocidad. Cuando la estatua empieza a caer demasiado rápido, Tulio tiene dificultades para preparar la vela del barco. Renunciando a su capacidad de permanecer en la ciudad, Miguel y Altivo saltan al barco para desplegar las velas, asegurando que el barco despeje la estatua a tiempo. El grupo choca con éxito contra los pilares, provocando un derrumbe, y perdiendo todos sus regalos en el proceso. Se esconden cerca del tótem justo cuando llegan los hombres de Cortés y Tzekel-Kan. Cuando encuentran la entrada bloqueada, Cortés tacha a Tzekel-Kan de mentiroso y lo hace prisionero mientras se marchan. Tulio y Miguel, aunque decepcionados por haber perdido el oro (sin saber que Altivo todavía lleva las herraduras de oro con las que fue equipado en El Dorado), han apreciado la emoción de su aventura, y se dirigen en otra dirección para una nueva aventura con Chel.