Nella premessa del libro l'autore spiega che ha trovato un manoscritto del suo defunto zio John Carter e che la storia narrata è vera. John Carter, un ex ufficiale della cavalleria sudista, scappando dagli indiani mentre faceva il cercatore d'oro, si rifugia in una caverna in cui perde la capacità di muoversi e da cui viene misteriosamente trasportato su Marte. Qui è catturato da una razza mostruosa di giganti a sei zampe chiamata "uomini verdi", stupiti dalle sue capacità di saltatore per via della minore forza di gravità del pianeta. Ben presto, in seguito a una scalata sociale dovuta all'uccisione di alcuni di questi esseri, diventa uno dei capi degli uomini verdi della tribù di Thark, rimanendo comunque loro prigioniero. Poco dopo il suo arrivo una donna degli uomini rossi, altri indigeni di Marte ma più simili agli uomini della Terra, viene catturata a sua volta: si tratta della principessa della città-stato di Helium, Dejah Thoris, di cui John Carter s'innamora trovando corrisposto il suo sentimento.