En voulant sauver des scientifiques lors d'une mission spatiale, Superman s'approche trop près du Soleil et se retrouve exposé aux radiations solaires. Ces dernières augmentent les capacités de l'Homme d'Acier au détriment de son espérance de vie. Se sachant condamné, Clark Kent décide d'avouer sa double identité à Loïs Lane et se prépare à sa fin imminente...
All-Star Superman est l'adaptation animée d'une série de douze comics mettant en scène le super-héros Superman, publiée par DC Comics entre novembre 2005 et octobre 2008. C'est ainsi la deuxième série lancée sous le label All-Star (après All Star Batman and Robin, The Boy Wonder) créé en 2005. Il s'agit d'une collection de bandes dessinées qui offre la possibilité à de grands auteurs de comics de mettre en avant des personnages vedettes dans des récits libres et détachés de la contrainte de la continuité de l'univers DC .
L'histoire de chacun de ces douze tomes représente une étape, une épreuve dans le cheminement psychologique et héroïque du personnage principal jusqu'à son inéluctable fin. Si le long métrage d'animation reprend la plupart de ces titres, il en laisse également de côté (ou n'en a retenu que quelques extraits) tels que Superman sauve la Terre de la planète de Bizarro, Superman revient de l'Underverse, Superman crée la vie, Superman construit un cœur artificiel pour le Soleil, Superman laisse la formule pour faire Superman 2.
All-Star Superman est le onzième film animé réalisé pour la collection DC Universe Animated Original Movies. Il s'agit d'une collection de longs métrages d'animation inspirés de l'univers DC destinés à un public adolescent et adulte. Ils ne forment pas de continuité entre eux et sont indépendants des séries animées.