El príncipe Héctor (Eric Bana) y su joven hermano Paris (Orlando Bloom) negocian la paz entre Troya y Esparta. Paris se ha enamorado de Helena (Diane Kruger), la esposa del rey Menelao (Brendan Gleeson), y la lleva de contrabando de regreso a Troya. Enfurecido, Menelao jura venganza.
Menelao se acerca a su hermano Agamenón (Brian Cox), un rey que ha conquistado todos los ejércitos de Grecia y los comanda ahora. Agamenón, quien ha querido conquistar Troya durante años (lo que le daría el control del mar Egeo), utiliza esto como justificación para invadir Troya.
El general Néstor (John Shrapnel) le pide que lleve al legendario guerrero Aquiles (Brad Pitt) para animar a las tropas a unirse a la causa. Odiseo (Sean Bean), un rey al servicio de Agamenón, visita Phtia para persuadir a Aquiles de que luche y lo encuentra entrenando con Patroclo (Garrett Hedlund), su primo.
Aquiles, reflexionando sobre su decisión, visita a su madre Tetis (Julie Christie) en busca de consejo. Ella le dice que, incluso antes de que él naciera, ella sabía que este día llegaría. También le dice que si no va a Troya, vivirá una larga y feliz vida y tendrá hijos, pero después de su muerte, su nombre será olvidado y nadie lo recordará.
Si va a Troya, encontrará una gran gloria en la batalla, su nombre será escrito en la historia para siempre, pero morirá allí. Aquiles, deseando que su nombre sea recordado, elige ir.
El Asedio de Troya
Los griegos zarpan hacia Troya. Aquiles y los mirmidones son los remeros más rápidos y llegan antes que nadie.
Matan a muchos troyanos y profanan el templo de Apolo. Briseida (Rose Byrne), miembro de la familia real de Troya, es capturada y llevada como botín por los griegos, a pesar de que Aquiles la reclama como su premio de guerra.
Aquiles y sus mirmidones no luchan al día siguiente debido a la injusta reclamación de Briseida por parte de Agamenón. Con los griegos rodeando Troya, Paris reta a Menelao a un duelo para resolver las cosas. Menelao acepta; sin embargo, Agamenón planea atacar la ciudad sin importar el resultado.
Paris es fácilmente derrotado y herido. Héctor interviene y mata a Menelao. Los griegos cargan contra las líneas troyanas pero se ven obligados a retroceder cuando casi son aniquilados por los arqueros en las murallas de Troya. Ajax también es asesinado en la batalla por Héctor.
Agamenón entrega a Briseida a sus hombres, pero Aquiles la rescata. La lleva de vuelta a su tienda y cuida de sus heridas. Briseida intenta luego matar a Aquiles, pero se da cuenta de que siente algo por él y ambos se entregan al amor.
Al día siguiente, Aquiles está preparando a sus hombres para marcharse, lo cual indigna a Patroclo. Los troyanos lanzan un ataque sorpresa. A medida que los griegos parecen estar al borde de la derrota, Aquiles aparece con los mirmidones y se une a la batalla, luchando finalmente contra Héctor. Todos quedan sorprendidos cuando Héctor le corta la garganta a Aquiles.
Sin embargo, Héctor se arrodilla y le quita el casco a Aquiles, revelando que en realidad ha herido mortalmente a Patroclo. Ambos ejércitos acuerdan detener la lucha por el día, y Odiseo informa a Héctor que fue Patroclo a quien había matado. Aquiles, que había dormido durante la batalla, es informado por Eudoro de la muerte de su primo.
Los griegos también habían confundido a Patroclo con Aquiles, ya que había tomado la armadura de Aquiles y se movía como él. Furioso, Aquiles ataca a Eudoro y, cuando Briseida trata de detenerlo, la arroja al suelo. Esa noche, Aquiles enciende la pira funeraria de Patroclo. Al día siguiente, Aquiles se acerca solo a las puertas de Troya y grita a Héctor que salga y se enfrente a él. Héctor sabe que debe enfrentarlo solo, así que se despide de su familia y amigos y luego se enfrenta a Aquiles.
Los dos luchan un duelo igualado al principio, pero Héctor comienza a cansarse, ya que Aquiles es demasiado rápido y fuerte, y eventualmente lo incapacita y lo apuñala en el pecho. Luego ata el cuerpo de Héctor a la parte trasera de su carro y lo arrastra alrededor de la ciudad, dejando a todos los troyanos conmocionados. Esa noche, el rey Príamo (Peter O’Toole) visita el campamento del ejército griego para convencer a Aquiles de que le permita recuperar el cuerpo de Héctor.
Después de que el rey hace su súplica, Aquiles accede a su petición y le permite llevar a su hijo para ser enterrado, prometiéndole los 12 días para los ritos funerarios. Le dice a Príamo que Héctor fue el mejor al que jamás haya enfrentado. Aquiles deja que Príamo lleve a Briseida de vuelta también.
Más tarde se disculpa con Eudoro por haberle hecho daño y le da una última orden: llevar a los mirmidones a casa.
La Caída de Troya y el Fin de la Guerra
Durante los 12 días de duelo por la muerte de Héctor, los griegos planean entrar en la ciudad utilizando un caballo de madera hueco, ideado por Odiseo, desesperado por detener la matanza de sus propios hombres a manos de los troyanos.
Los griegos dejan el caballo en su campamento, luego se van, ocultando sus barcos en una cala cercana. Príamo confía en sus sacerdotes y cree que el caballo es una ofrenda a Poseidón y un regalo.
Asumiendo la victoria, los troyanos llevan el caballo a la ciudad y celebran. Un explorador troyano encuentra los barcos griegos escondidos en la cala pero es asesinado por los griegos antes de que pueda contar la noticia. Un grupo de griegos liderados por Aquiles y Odiseo sale del caballo por la noche, abriendo las puertas de la ciudad y permitiendo que el ejército principal entre.
Los griegos inician el Saqueo de Troya, masacrando a los habitantes y saqueando los edificios. El ejército troyano intenta defender el palacio real, pero falla, y los griegos irrumpen, matando a Glauco y a Príamo en el proceso. Mientras Troya arde, Paris ve a Eneas junto a Andrómaca y Helena, entre muchos otros, escapando de Troya a través de un pasaje secreto y le entrega la espada de Troya. (En la obra del escritor romano Virgilio, la Eneida, Eneas y otros sobrevivientes troyanos se convierten en los fundadores de Roma). Aquiles busca a Briseida, quien está siendo amenazada por Agamenón.
Ella lo mata con un cuchillo oculto y es salvada de sus guardias por Aquiles. Mientras Aquiles ayuda a Briseida a levantarse, Paris, al verlos juntos e interpretando erróneamente las acciones de Aquiles, dispara varias veces a Aquiles antes de que Briseida logre detener su mano.
Aquiles insta a Briseida a unirse a Paris y escapar de la ciudad, luego muere por la herida en el único punto vulnerable de su cuerpo, su talón. Los soldados llegan para ver al caído Aquiles con solo una flecha atravesando su talón, ya que había retirado todas las demás, siguiendo el mito de que Aquiles fue asesinado por una sola flecha en el talón. Al día siguiente, se realizan rituales funerarios para él en las ruinas de Troya.
La película termina con un discurso de Odiseo: «Si alguna vez cuentan mi historia, que digan que caminé con gigantes. Los hombres se levantan y caen como el trigo de invierno, pero estos nombres nunca morirán. Que digan que viví en la época de Héctor, domador de caballos. Que digan que viví en la época de Aquiles».
