Von Martius é um geólogo e pesquisador americano que tem uma experiência transformadora durante sua visita a Luminárias, uma pequena cidade no interior de Minas Gerais. Acompanhado por João e Evandro, dois documentaristas brasileiros, ele viaja até a Caverna da Lua atrás de evidências de uma antiga teoria antropológica: de que uma tribo de índios Cataguases se estabeleceu por lá, guiada por luzes misteriosas que aparecem nas cavernas da região.

Perseguido pelo exército local e perdido em terras desconhecidas, Von Martius precisa abdicar de suas pré-concepções acerca do que é real e o que é ilusório: em Luminárias, ambas as coisas constantemente se confundem. Somente quando ele abandona seu ceticismo, as luzes guiam-no tal qual o fizeram com os Cataguases, séculos atrás.