Project Blue Book didasarkan pada investigasi rahasia tingkat tinggi yang sebenarnya mengenai Benda Terbang Tak Dikenal (UFO) dan fenomena terkait yang dilakukan oleh Angkatan Udara Amerika Serikat dari tahun 1952 hingga 1969. Dr. J. Allen Hynek, seorang profesor perguruan tinggi yang brilian namun kurang dihargai, direkrut oleh Angkatan Udara AS untuk memimpin operasi rahasia bernama Project Blue Book. Bersama rekannya, Kapten Angkatan Udara yang menawan, Michael Quinn, ia dipanggil untuk menyelidiki penampakan UFO di seluruh negeri dan menggunakan sains untuk mengungkap apa yang sebenarnya terjadi. Namun, ketika beberapa pertemuan tidak dapat dijelaskan dan kasus-kasus tetap terbuka, Hynek mulai mencurigai bahwa ia telah ditipu oleh pemerintah ke dalam konspirasi yang lebih besar untuk menutupi kebenaran.