Pese a los necesarios ajustes cronológicos -Ford tiene 65 años, por lo cual las andanzas del héroe se trasladan de los años 30 a 1957 y los soviéticos reemplazan a los nazis en el papel de villanos-, el argumento sigue paso a paso la receta narrativa de los anteriores films de la serie, en particular el primero, Los cazadores del arca perdida, y el tercero Indiana Jones y la última cruzada.

En esta oportunidad, Jones intenta en selvas sudamericanas impedir que los rusos se apoderen de la calavera de cristal del título, supuestamente capaz de dotar de poder ilimitado a quien la utilice. El guión dispone disparatadamente alrededor de este objeto varios conceptos históricos o pseudohistóricos extraídos del imaginario colectivo de la cultura pop contemporánea, como las figuras de Nazca, la búsqueda de El Dorado o el incidente Roswell, al tiempo que trata de recuperar y explicar el pasado personal y afectivo del héroe mediante los persoanjes encarnados por el joven Shia LaBeouf y la veterana Karen Allen, pareja del protagonista en la primera entrega de la saga.

En roles secundarios aparecen los prestigiosos Cate Blanchett y Ian Hurt.