삼족오의 아이 온달을 찾아 현대 대한민국에 온 고구려의 태학박사 설쌤과 평강공주. 지, 덕, 체를 고루 갖춰 성장했을 것이라 기대한 온달은 덕과 체는 갖추었으나 지혜가 부족하다. 설쌤은 온달의 부족한 지혜를 채우기 위해 역사 속 위인들을 만나는 시간여행을 계획하고, 첫 여행 장소는 조선 세종 시대의 궁궐로서, 온달은 세종대왕을 만나 한글창제 과정을 돕는데... 어디선가 갑자기 나타난 엑스맨! 역사를 바꿔 자신이 한글 창제와 반포 업적을 가로채려 하는데...

설쌤은 온달에게 진정한 영웅의 의미를 알려주기 위해 임진왜란 시절로 시간여행을 떠난다. 온달이 이순신 장군을 만나 영웅의 의미를 배워나갈 때, 엑스맨이 다시 나타나 이순신 장군을 기절시킨 후 자신이 영웅이 되려고 한다. 온달은 설쌤과 평강을 놔둔 채 혼자서 이순신 장군을 보호하기 위해 달려가는데, 과연 온달이 엑스맨을 막아낼 수 있을까?

설쌤은 일제강점기 역사를 모르는 온달을 가르치기 위해 1909년 중국 하얼빈으로 시간여행을 떠난다. 온달 일행은 엑스맨이 안중근 의사의 업적을 가로채려는 사실을 알게 되고 안중근 의사를 밤새워 경호한다. 하지만 엑스맨을 붙잡지 못하고, 이토 히로부미 저격의 날이 밝는다. 과연 온달 일행은 엑스맨으로부터 안중근 의사를 지켜낼 수 있을까?

온달 일행은 맹독에 중독된 강아지 로빈을 치료하기 위해 조선시대 명의 허준을 만나러 시간 여행을 떠난다. 허준의 집은 진료를 받으려고 줄을 선 사람들로 인산인해를 이루고 있는데, 고약한 양반이 새치기를 하자 온달이 나서 그들을 막아 선다. 하지만 다음날 양반은 일행을 데리고 다시 나타나 설쌤이 밤 새워 구해온 약초를 빼앗으려 하는데...

온달 일행은 단군신화의 배경인 청동기시대로 시간여행을 떠난다. 고대 부족민들은 하늘에서 떨어진 온달 일행을 단군왕검으로 섬기려 하는데, 다른 부족은 엑스맨을 단군왕검으로 섬기려 한다. 결국 진정한 단군왕검을 가리기 위해 온달과 엑스맨이 대결을 벌이기로 하는데, 온달이 진정한 홍익인간의 정신을 배워서 엑스맨에게 승리할 수 있을까?

설쌤은 온달에게 자신감의 중요성을 알려주기 위해 선덕여왕을 만나러 신라시대로 향한다. 온달은 선덕여왕이 여자라는 이유로 주변의 신뢰와 지지를 받지못하고 있지만 늘 자신감을 갖기 위해 노력한다는 사실을 알게 된다. 그때 엑스맨이 나타나 온달 일행을 공격하고, 위기의 순간 온달은 여왕으로부터 배운 자신감의 중요성을 떠올리는데...