De excentrieke diepzeeduiker en documentairemaker Steve Zissou heeft al jaren geen succes meer gehad. Als zijn goede vriend Esteban echter wordt opgegeten door een onbekende haaiensoort (waarnaar hij verwijst als "luipaardhaai"), besluit hij om nogmaals op reis te gaan, om het beest te vangen en te doden. Op het moment dat Zissou wil afmeren, komt hij een jongeman genaamd Ned (Wilson) tegen, die beweert zijn zoon te zijn. Zissou ontwikkelt al gauw een vriendschap met hem en Ned treedt aan als volwaardig lid van de crew. Wegens gebrek aan budget stelen Zissou en zijn bemanning hun materiaal van concurrent Alistair Hennessey (Goldblum) en gaan op weg met hun schip de "Belafonte".