Elokuva kertoo äärimmäisen epätavallisesta professori dr. William Marston, muun muassa sarjakuvahahmon Wonder Woman kirjoittaja ja valheenpaljastimen keksijä. Mutta joka yksityisesti eli äärimmäisen epätavallista rakkauselämää kahden naisen kanssa.
Tosiasia on, että vain todellinen elämä voi kertoa näin hyvin epätavallisia rakkaustarinoita. Ja tällä kertaa elokuvan tekijät Professori Marston & The Wonder Women päätti paljastaa sarjakuvahahmon Wonder Womanin luojan dr. William Marston, Harvardin psykologi ja keksijä, joka auttoi keksimään modernin valheenpaljastimen ja loi sarjakuvahahmon vuonna 1941 Ihmenainenn. Marston oli moniavioisessa suhteessa (suhde kahden naisen kanssa) vaimonsa Elizabethin ja Olive Byrnen, entisen opiskelijan, kanssa. Juuri tämä erittäin epätavallinen suhde oli ratkaiseva Wonder Womanin hahmon luomisessa, sillä Elizabethin ja Oliven feministiset ihanteet on vangittu tämän hahmon luomisessa.
DR. Marston kuoli ihosyöpään vuonna 1947, mutta Elizabeth ja Olive pysyivät parina ja kasvattivat lapsia yhdessä. Elokuva keskittyy yhden viime vuosikymmenen menestyneimmän elokuvahahmon - Wonder Womanin - luomiseen.