По мотивам пьесы Ильи Ильфа, Евгения Петрова и Валентина Катаева "Под куполом цирка". Американская цирковая актриса Марион Диксон и антрепренер Франц фон Кнейшиц приезжают в Советский Союз со своим знаменитым номером "Полет на Луну". Гвоздем программы выступает полет акробатки под купол с помощью специальной пушки. Людвиг Осипович, директор цирка, где выступают гастролеры, остается под большим впечатлением от номера. Он просит своего режиссера Ивана Мартынова придумать нечто подобное. В качестве акробатки решено задействовать дочь директора цирка Раю. Остается только найти инженера, который смог бы разработать пушку. Благодаря удачному стечению обстоятельств им оказывается конструктор-любитель Шурик Скамейкин, намеревающийся жениться на Рае. Между тем Марион знакомится с Иваном. Между ними возникает взаимная симпатия, которая подталкивает циркачку к мысли остаться в Советском Союзе. Но на актрису оказывает влияние фон Кнейшиц. Он знает секрет Марион и шантажирует ее...