John Carter, un vétéran confédéré de la guerre de Sécession, part prospecter en Arizona immédiatement après la fin de la guerre. Après avoir frappé un riche filon d'or, il se heurte aux Apaches. Alors qu'il tente d'échapper à la poursuite en se cachant dans une grotte sacrée, il est mystérieusement projeté sur la planète Mars, appelé « Barsoom » par ses habitants.
La planète est peuplée de martiens verts - créatures à six membres à l'apparence reptilienne - et martiens rouges, semblables aux êtres humains.
Rapidement, John Carter découvre qu'il possède une grande force et une agilité surhumaines dans ce nouvel environnement en raison de sa moindre gravité et d'une pression atmosphérique plus basse. Attirant la curiosité, il se retrouve intégré au sein d'une tribu nomade de martiens verts, les Tharks, les habitants guerriers de la planète. Carter devient rapidement respecté, mais demeure captif, jusqu'au jour où sa vie bascule totalement. Il rencontre Dejah Thoris, princesse de la cité-État Hélium, dont il tombe éperdument amoureux.
Grâce à sa force et ses prouesses martiales, Carter finit par accéder à une position élevée dans la tribu, où il gagne le respect et finalement l'amitié de Tars Tarkas, l'un des chefs Thark tout en s'impliquant dans le violent conflit qui déchire la planète.
