Im Jahr 40.000 erhält die Astronautin Barbarella (Jane Fonda) vom Präsidenten der Erde den Auftrag, den im Tau-Ceti-Sonnensystem verschollenen Wissenschaftler Durand Durand (Milo O’Shea) zu finden und ihn an der Entwicklung einer Laser-Waffe mit Positronen-Strahlen zu hindern, die den jahrhundertelangen galaktischen Frieden bedrohen könnte.
Streng genommen ist ihr Beruf nicht Astronautin, sondern Astronavigatrice. Mit dem gegenseitigen Gruß „Sieg der Liebe“ verabschieden sich Regierungschef und Barbarella voneinander. Auf dem Weg zu dem 16. Planeten von Tau Ceti, wo Durand Durand offenbar abgestürzt ist, gerät Barbarella mit ihrem Raumschiff in einen „elektrischen Strudel“ der Atmosphäre und muss in einer Eis-Landschaft notlanden.
Den Trümmern kaum entkommen, wird Barbarella von zwei Kindfrauen bewusstlos geschlagen, gefesselt und von Roboter-Puppen mit messerscharfen Zähnen attackiert.