Lors d'un congrès du Club des Astronomes, le professeur Barbenfouillis, président de ce club, surprend l'auditoire en faisant part de son projet de voyage dans la Lune. Il organise ensuite pour ses confrères la visite de l'atelier où l'obus spatial est en chantier. Il sera propulsé en direction de la Lune au moyen d'un canon géant de 300 mètres de long, embarquant à son bord six savants astronomes, dont Barbenfouillis.

Après le lancement réussi de leur fusée-obus, les six savants découvrent l'environnement lunaire et assistent à un lever de Terre. Épuisés par leur voyage, ils se couchent à même le sol et s'endorment. Apparaissent sept étoiles représentant la Grande Ourse, puis une étoile double, Phoebé et Saturne. Survient une tempête de neige provoquée par Phoebé (déesse assise sur son croissant de lune), qui les réveille. Ils s'engouffrent dans un cratère lunaire et arrivent à l'intérieur d'une grotte où ils découvrent des champignons géants.