Действие фильма, основанного на комиксах Жана-Клода Фореста, происходит в 41 веке, когда человечество уже давно вышло за пределы Земли и стало покорять космическое пространство. Однажды Президент Солнечной Системы связывается с Барбареллой - прекрасной девушкой, посвящающей все свое время путешествиям по вселенной и несущей любовь обитателям планет, которые она посещает. Президент сообщает ей о пропаже талантливого ученого по имени Дюран-Дюран, который сконструировал позитронический луч - совершенное оружие, способное уничтожать цивилизации, если попадет не в те руки. Недолго думая, отважная Барабелла отправляется на поиски ученого и его изобретения.