近未来，科学家们发现太阳急速衰老膨胀，短时间内包括地球在内的整个太阳系都将被太阳所吞没。为了自救，人类提出一个名为“流浪地球”的大胆计划，即倾全球之力在地球表面建造上万座发动机和转向发动机，推动地球离开太阳系，用2500年的时间奔往另外一个栖息之地。中国航天员刘培强（吴京 饰）在儿子刘启四岁那年前往国际空间站，和国际同侪肩负起领航者的重任。转眼刘启（屈楚萧 饰）长大，他带着妹妹朵朵（赵今麦 饰）偷偷跑到地表，偷开外公韩子昂（吴孟达 饰）的运输车，结果不仅遭到逮捕，还遭遇了全球发动机停摆的事件。为了修好发动机，阻止地球坠入木星，全球开始展开饱和式营救，连刘启他们的车也被强征加入。在与时间赛跑的过程中，无数的人前仆后继，奋不顾身，只为延续百代子孙生存的希望……
本片根据刘慈欣的同名小说改编。

未来某年的7月2日，美国各地的监视站发现一艘直径达数百英里的巨大飞船接近了地球。飞船发出的无线电信号干扰了地球的通信卫星信号，并放出了多艘直径达15英里的子飞船飞抵地球上各大城市的上空。外星飞船敌友未明，人们陷入了恐慌和迷惑。
电脑工程师戴维（杰夫•戈德布拉姆 饰）破译出外星人发出的无线电信号，其实是攻击的倒计时信号，他设法通知了前妻，总统的助理康妮，但是为时已晚，7月3日，外星人的飞船开始攻击地球，人类文明瞬间遭到巨大的打击和灾难。总统（比尔•普尔曼 饰）等人撤离到军事基地，指挥空军反击，却犹如以卵击石，毫无作用，军事基地也被摧毁，唯有飞行员史蒂文（威尔•史密斯 饰）设法诱使一架外星人战斗飞艇坠毁。
幸存者们逃到了秘密军事基地，在那里，科学家们一直在研究一艘50多年前坠毁的外星飞艇，致力于找出对付外星人的办法，那里也是人类最后的希望……

龙卷风的暴戾和神秘吸引了大批科学家的深入研究，深入风暴中间是最危险的行为，但亦是探索龙卷风最有效的方法。乔（海伦·亨特 Helen Hunt饰）和离婚的丈夫比尔（比尔·帕克斯顿 Bill Paxton饰）就是这类“与龙共舞”的科学家，即使他们感情已经破裂，比尔也已找到新的恋人，但出于对龙卷风研究的痴迷，他们还是决定共同追逐一场俄克拉何马州的飓风，并把新研制成功的探测仪“多萝西”放到龙卷风中心收集数据。
他们驾驶着破旧的货车，带领着追风队，向最危险的地方进发。同时，另一队装备精良的人马也朝着这个方向驶去，由裘纳（加利·艾尔维斯 Cary Elwes饰）领队，在追风行动中和乔激励较劲。
一边是志同道合的乔，一边是畏惧惊险生活的新女友，比尔在追风过程中如何重新抉择自己的感情道路？更重要的是，面对实力雄厚的对手，和随时葬身其中的龙卷风，乔和比尔如何实现自己的追风梦想？

美国气候学家杰克（丹尼斯•奎德 Dennis Quaid 饰）认为，温室效应正在引发地球的大灾难，北极冰川的融化，会让地球回到冰河世纪那样的劫难。他的提醒并没有引起美国当局的重视，一切都已经太晚：飓风、冰雹、洪水、冰山融化、极度严寒，一系列的地球巨变引发了一场不可挽救的灾难。美国政府组织北纬30度的民众转移到赤道周围，场面一片混乱。更糟糕的是，杰克的儿子，正困在曼哈顿的图书馆里，靠烧书生火来维持体温。大家怎样才能逃过这场灭顶的灾祸？冰天雪地的地球何时才能回暖？

“毕德曼慧星”正朝着地球飞奔而来，给人类致命一击。当局紧急行动，研究出一个最佳方案——由宇航员坦纳（罗伯特·杜瓦尔 Robert Duvall饰）驾驶“弥赛号”飞船飞往慧星，把预先准备好的核弹放置到慧星上面引爆，以令它化成碎片或是改变轨道。坦纳英勇地完成了任务，却发现并没有取得预期效果。慧星碎成了一大一小两部分，向地球步步逼近。
当局迅速采取最后的行动，用“诺亚方舟”计划保住包括人类在内的一些地球物种。这是一个秘密的地下庇护所，只有少数的人可以在这里避开大劫难，等灾难散尽后方重建世界。较小的那部分慧星已经撞向地球，引发山崩地裂，一片世界末日的景象。而跟随其后的大慧星给地球带来的毁灭程度，将远远超乎人们想象，力挽狂澜的人类进入了倒数时刻。

好友罗布（迈克尔•斯达-大卫 Michael Stahl-David 饰）要去日本工作，他的弟弟杰森（迈克•沃格尔 Mike Vogel 饰）和朋友莉莉（杰西卡•卢卡斯 Jessica Lucas 饰）为他举办了一场欢送派对。看到杰森拎着DV只顾拍摄美女玛莲娜（丽兹•卡潘 Lizzy Caplan 饰），莉莉很恼火，指出他更加关注罗布，因为后者才是今天的主角。
罗布姗姗来迟，并且感到没落。原来他跟好友贝丝（奥黛塔•雅丝曼 Odette Yustman 饰）的地下情刚刚告吹，这令他异常沮丧。正在此时，贝丝携新男友出现在派对现场，这令好友感到既尴尬又愤怒，而真正的地震危险正在悄悄逼近……
本片故事是采用伪DV风格的拍摄而成。