Tadeo Jones alias Tad adalah seorang tukang bangunan di Chicago yang sejak kecil bercita-cita menjadi arkeolog terkenal. Sayangnya, hidupnya jauh dari impian itu. Setelah dipecat dari proyek kereta bawah tanah karena sering melamun, Tad menemui sahabatnya, Profesor Humbert, untuk memeriksa botol kuno yang ia temukan di lokasi kerja. Tak lama kemudian, profesor mendapat undangan ke Peru untuk mencari kunci batu yang diyakini bisa membuka kota Inca legendaris bernama Paititi.

Karena Profesor Humbert mengalami kecelakaan sebelum berangkat, Tad tanpa sengaja menggantikan posisinya dan terbang ke Cusco bersama anjing setianya, Jeff. Di sana, ia bertemu Freddy, pemandu lokal yang licik namun lucu, serta Sara, putri Profesor Lavrof yang cerdas dan pemberani. Tad langsung jatuh hati pada Sara. Namun perjalanan mereka tak mudah karena kelompok jahat Odysseus Inc. memburu kunci batu tersebut demi harta karun tersembunyi.

Setelah berhasil menyatukan dua bagian kunci, mereka menuju Machu Picchu untuk bertemu Profesor Lavrof. Ternyata sang profesor telah diculik oleh Odysseus. Dalam pencarian itu, Tad juga bertemu Max Mordon, arkeolog terkenal yang selama ini sangat ia kagumi. Bersama-sama mereka mencoba memecahkan petunjuk menuju lokasi kota emas Paititi.

Petualangan membawa mereka ke kuil bawah tanah penuh jebakan berbahaya. Di sana terungkap bahwa Max ternyata berkhianat dan bekerja sama dengan Odysseus demi mendapatkan emas Inca. Ia percaya harta itu bisa memberinya keabadian. Namun setelah mengambil emas tersebut, Max justru berubah menjadi mumi hidup yang tak bisa mati dan dikurung selamanya di ruang bawah tanah Paititi.

Para penjaga kota kuno akhirnya membebaskan Tad, Sara, dan Profesor dengan syarat mereka merahasiakan keberadaan Paititi. Kembali ke permukaan, mereka menipu Freddy dengan mengatakan bahwa harta karun itu hanyalah legenda. Di akhir cerita, Tad dan Sara saling mengungkapkan perasaan dan memulai kisah cinta baru, lalu kabur bersama menggunakan kendaraan milik Odysseus.