Le film dresse le portrait d’un homme dans son intimité, avec ses doutes, ses failles et ses contradictions, à partir de 1948, date à laquelle Jacques-Yves Cousteau a mis au point son scaphandre autonome. Le spectateur embarque alors à bord de la célèbre Calypso, accompagné de Simone, l’épouse du commandant interprétée par Audrey Tautou, et de Philippe Cousteau, l’un de deux fils du couple interprété par Pierre Niney. Un voyage autour du monde qui masque malgré tout les polémiques les plus gênantes sur ses implications mercantiles, ses controverses politiques ou ses étalages publics d'affaires familiales.
De nombreuses biographies utilisées pour les besoins du film
Pour écrire le scénario, Jérôme Salle s’est largement appuyé sur des documentaires, témoignages de la famille Cousteau et ouvrages consacrés au commandant. Il s’est notamment inspiré de deux biographies: Mon père, le commandant écrit par Jean-Michel Cousteau (Archipel, 2004) et Capitaine de la Calypso d’Albert Falco et Yves Paccalet (Laffont, 1990). Dans le cadre de la sortie du film, ce dernier ouvrage a été réédité le 28 septembre chez Arthaud, sous le titre Capitaine de la Calypso: l’odyssée.
La littérature a eu un rôle très important dans la préparation du film et même de ses acteurs. Pour se fondre dans son rôle de Jacques-Yves Cousteau, Lambert Wilson affirme, dans un communiqué, avoir lu de nombreux livres pour ne "pas être dans le flou dans [son] interprétation". Il cite notamment dans le dossier de presse Un cinéaste nommé Cousteau, de Franck Machu (Rocher, réédité en août 2016), L’homme, la pieuvre et l’orchidée de Jacques-Yves Cousteau (Laffont) et The Sea King de Brad Matsen (Vintage).