עלילת הסרט מתרחשת בשנת 1957, בזמן המלחמה הקרה. אינדיאנה ג'ונס ושותפו מאק נחטפים על ידי סוכנים סובייטים בראשות קולונל ד"ר אירינה ספאלקו ומובאים למחסן צבאי באזור 51 שבנבדה, בו מוחבאים פריטים מסוימים בעלי ערך וכוח רב על ידי הממשלה האמריקאית. הסוכנים מאלצים את השניים לגלות להם את מקום הימצאותה של גופה חנוטה מתקרית רוזוול המכילה כוחות על טבעיים, כביכול. ג'ונס נלכד כאשר שותפו בוגד בו ובקושי מצליח להימלט מנבדה, תוך שהוא מגיע לעיירת ניסוי לפיצוץ גרעיני, ונמלט ממנו בעור שיניו. במהלך המהומה במחסן בעת הימלטותו של ג'ונס, מתרסקת פינה באחד הארגזים, שבתוכו נחשף ארון הברית, תזכורת לסרט הראשון.
ג'ונס נאלץ להתפטר ממשרתו באוניברסיטה לאחר שהוא מואשם על ידי ה-FBI בשיתוף פעולה עם הקומוניסטים ובוחר לעזוב. אולם, בחור צעיר בשם מאט ויליאמס, עוצרו ומשכנעו לחפש אחר קולגה של ג'ונס, הארולד אוקסלי, שנעלם בפרו במהלך חיפושים אחר ממצא ארכאולוגי בשם גולגולת הבדולח. בפרו, ג'ונס מגלה כי אוקסלי אושפז בבית חולים לחולי נפש ובתאו השאיר רמזים למיקומו של הקבר בו חבויה גולגולת הבדולח - קבר פרנסיסקו דה אוריאנה, קונקיסטאדור מהמאה ה-16 שנעלם תוך שהוא מחפש את העיר האבודה אקאטור.
הכוחות הסובייטים לוכדים את ג'ונס ומאט ומובילים אותם למחנה בו לכודים גם אוקסלי ומריון, שג'ונס מגלה להפתעתו כאימו של מאט וכי הוא אביו. בהימלטם משביים, ולאחר מרדף בג'ונגלים של פרו, מגיעה החבורה למקדש אקאטור. ג'ונס מצליח לפתוח את הכניסה לחדר המלכות באמצעות גולגולת הבדולח, בו מצויים 13 שלדי בדולח, שאחד מהם ללא גולגולתו. כאשר קולונל ספאלקו מחזירה את הגולגולת למקומה, השלדים, המתבררים כישויות חייזריות, מתחילים בתהליך של העברת ידע. קולונל ספאלקו תובעת לעצמה את הידע הרב שהחייזרים מתכוונים לשתף, אך הם מגלים את כוונותיה הרעות, והיא נשרפת מכמות האנרגיה שעוברת דרכה. ג'ונס וחבריו נמלטים מהמקום ועדים לחורבן שנשאר מאחור. לאחר שג'ונס חוזר לביתו, הוא הופך לדיקן שותף ומתחתן עם מריון.
צוות שחקנים
האריסון פורד - פרופסור הנרי "אינדיאנה" ג'ונס ג'וניור
בשנת 1992 החל התסריטאי ג'ב סטוארט לעבוד על התסריט. עצם זמן ההפקה הארוך (כמו גם התבגרותו של האריסון פורד) איפשרו למפיקים להמציא רעיונות חדשים ולהעביר את זמן ההתרחשות של הסרט משנות ה-30 המוקדמות לסוף שנות ה-50 של המאה ה-20. בשנת 1995 לוקאס ביקש מתסריטאי הסרט השלישי, ג'פרי בואם, לכתוב טיוטה נוספת לתסריט. בשנות ה-2000 ספילברג עצמו הביע התעניינות בפרויקט.
בשנת 2002, לאחר שנכתבו שני תסריטים נוספים, נשכר פרנק דרבונט (שגם כתב מספר פרקים ל"אינדיאנה ג'ונס הצעיר") לכתוב תסריט משלו. התסריט התרחש בשנות ה-50, בזמן שג'ונס נאלץ להתעמת עם שרידי כוחות הנאצים. יחד עם אינדי היו גם מריון רייבנווד (שודדי התיבה האבודה) וווילי סקוט (אינדיאנה ג'ונס והמקדש הארור). בתחילת 2004 דחה לוקאס את התסריט, אף על פי שספילברג קרא לו "הטוב ביותר מאז שודדי התיבה האבודה".
בשנת 2005 עבר התסריט לרשותו של דייוויד קפ, ששמר על הרעיונות הטובים שהעלו קודמיו, והשכיל לשמור על גישה מאוזנת של הסרט הראשון, פחות קודרת מ"המקדש הארור" ופחות קומית מ"מסע הצלב האחרון".
צילומים
ספילברג ולוקאס רצו לשמר את המראה של שלושת הסרטים הראשונים, אך הצלם דאגלס סלוקומב, שהיה אחראי לצילומי הסרטים הקודמים, פרש מעבודתו. ספילברג והצלם יאנוש קמינסקי (שהיה אחראי על הצילום בסרטיו של ספילברג מאז רשימת שינדלר) צפו יחדיו בשלושת סרטי אינדיאנה ג'ונס הקודמים כדי לנתח את עבודת הצילום של סלוקומב. לדבריו של ספילברג, גם הוא וגם קמינסקי נאלצו "לבלוע את גאוותם" ולחזור לשיטת צילומים ישנה ממנה כמעט שכחו, הודות לסרטים מאוחרים יותר. ספילברג אף ציין בשנת 2002 כי לא יצלם את הסרט באופן דיגיטלי (שיטה שאימץ ג'ורג' לוקאס בסרטיו), וכי "אף אחד לא יידע שקיים הבדל של 20 שנה בין הסרט הקודם לסרט הזה".
המפיק פרנק מרשל ציין עוד ב-2003 כי הסרט לא יתבסס על אנימציה ממוחשבת אלא על אפקטים ועבודת פעלולנים מסורתית כדי שתתאים לאווירת הסרטים הקודמים בסדרה. במהלך הצילומים, ספילברג העריך כי 30% מהאנימציה הממוחשבת ישומשו לאלמנטים כמו התפאורות ברקע.
במרץ 2016 אולפני וולט דיסני הודיעו כי סרט המשך, החמישי בסדרה, תוכנן לצאת לאקרנים ב-9 ביולי2021, עם ספילברג כבמאי.[1] ברם, בפברואר 2020 הודיע ספילברג כי לא יביים סרט נוסף בסדרה, כאשר אולפני לוקאספילם החלו לנהל מגעים עם ג'יימס מנגולד, כדי להחליפו.[2]