Sur Terre, au début des années 1970, des militaires récupèrent une capsule spatiale tombée à la mer. Les trois astronautes qui en sortent enlèvent leur casque, révélant leur nature : des chimpanzés. Il s'agit de Cornélius, Zira et du docteur Milo, un savant qui a réparé le vaisseau de Taylor juste avant que la planète ne soit détruite par l'ultime holocauste nucléaire. Conduits dans un zoo, comprenant qu'ils sont revenus à l'époque où les humains dominaient la planète, les singes préfèrent ne pas révéler tout de suite qu'ils savent parler, craignant la réaction de leurs geôliers.

Au lieu d'imiter le style des deux précédents épisodes, le réalisateur Don Taylor donne une identité propre à son oeuvre. Délaissant l'action, le cinéaste se concentre davantage sur la psychologie des personnages et sur son message de paix et de tolérance. Un film sobre, sans doute le plus émouvant de la saga, malgré son évident pessimisme pour l'un des meilleurs volets.