En 1943, los Aliados avanzan a buen ritmo para hacer retroceder a las potencias del Eje en Italia. Frank Stokes convence al presidente Roosevelt de que la victoria tendrá poco sentido si se pierden los tesoros artísticos de la civilización occidental. Stokes recibe la orden de reunir una unidad del ejército apodada "Monuments Men", compuesta por directores de museos, conservadores, historiadores del arte y un arquitecto, para que guíen a las unidades aliadas y busquen las obras de arte robadas para devolverlas a sus legítimos propietarios.

En julio de 1944, Claire Simone, conservadora en la Francia ocupada, se ve obligada a ayudar al oficial nazi Viktor Stahl a supervisar el robo de arte para el Führermuseum de Adolf Hitler o como propiedad personal de altos mandos como Hermann Göring. Todo parece perdido cuando descubre que Stahl se lleva todo el contenido de su galería a Alemania mientras los aliados se acercan a París. Simone corre al astillero para enfrentarse a él, pero sólo puede ver cómo parte a bordo del tren que lleva la carga.

La unidad de Stokes ve frustrado su trabajo por los oficiales aliados sobre el terreno, que se niegan a poner en peligro a sus propias tropas en aras de su misión. La unidad se divide para cubrir más terreno, con diferentes grados de éxito. James Granger se reúne con Simone, pero ella sospecha que los americanos quieren confiscar el arte robado para su propio país, y se niega a cooperar. El oficial británico Donald Jeffries se cuela por la noche en la Brujas ocupada para salvar la Virgen de Brujas de Miguel Ángel, pero muere en el intento.

Richard Campbell y Preston Savitz se enteran de que los sacerdotes de la catedral de Gante se llevaron el retablo de Van Eyck para guardarlo, pero su camión fue detenido y se llevaron los paneles. Finalmente, encuentran y arrestan a Viktor Stahl, que se esconde como agricultor, cuando identifican los cuadros de su casa como obras maestras, al menos una robada de la Colección Rothschild.

En diciembre de 1944, Walter Garfield y Jean Claude Clermont se pierden en el campo y caen en un tiroteo. Clermont resulta mortalmente herido y muere cuando Garfield es incapaz de encontrar ayuda médica. Mientras tanto, Simone recapacita cuando Granger le muestra el Decreto de Nerón, que ordena la destrucción de todas las posesiones alemanas si Hitler muere o Alemania cae, y le ve devolver un cuadro saqueado a una familia judía al lugar que le corresponde en su casa vacía. Le proporciona un exhaustivo libro de cuentas que ha recopilado y que ofrece valiosa información sobre el arte robado y sus legítimos propietarios.

Mientras el equipo se entera de que las obras de arte están almacenadas en varias minas y castillos, también se entera de que ahora debe competir con la Unión Soviética, que está confiscando obras de arte de su zona de ocupación como reparación de guerra. Mientras tanto, el coronel Wegner está destruyendo sistemáticamente alijos enteros de obras de arte. Finalmente, el equipo tiene cierto éxito, ya que descubre al menos una mina que esconde más de 16.000 piezas de arte. Además, el equipo captura la totalidad de las reservas de oro del tesoro nacional alemán nazi.

Por último, cuando la guerra termina en mayo de 1945, el equipo encuentra una mina en Austria que parece haber sido demolida, y los soviéticos llegarán allí en horas. Al descubrir que las entradas fueron en realidad bloqueadas por los lugareños para evitar que los nazis destruyeran el contenido, el equipo evacua todas las obras de arte posibles, incluidas las esculturas, el Retablo de Gante y la Virgen con el Niño, antes de que lleguen los soviéticos.

Posteriormente, Stokes informa al presidente Truman de que el equipo ha recuperado grandes cantidades de obras de arte y otros objetos de importancia cultural. Mientras solicita quedarse en Europa para supervisar más búsquedas y restauraciones, Truman le pregunta a Stokes si sus esfuerzos valieron la vida de los hombres que perdió. Stokes responde que sí. Truman se pregunta entonces si, dentro de treinta años, alguien recordará que esos hombres murieron por una obra de arte. En la escena final, ambientada en 1977, el anciano Stokes responde "Sí", mientras lleva a su nieto a ver la Virgen de Brujas de Miguel Ángel.