影片将聚焦美国传奇宇航员尼尔·阿姆斯特朗的生平，重点讲述他在1961-1969年间成为人类历史上第一个登月者的过程，同时也展现出人类在这次史上最危险的宇宙探索征途中所付出的难以想象的国家与个体牺牲。
影片根据詹姆斯·汉森的传记作品《第一人：尼尔·阿姆斯特朗的人生》改编而成。
尼尔·阿姆斯特朗，是人类历史上首位登上月球的宇航员。他1930年出生，2012年逝世，是美国阿波罗11号登月计划宇航员。在美国航空航天局服役时，阿姆斯特朗于1969年7月21日成为了第一个踏上月球的宇航员，也是第一个在地球外星体上留下脚印的人类成员。

大卫（杰克·吉伦哈尔 Jake Gyllenhaal 饰）、米兰达（丽贝卡·弗格森 Rebecca Ferguson 饰）、罗里（瑞安·雷诺兹 Ryan Reynolds 饰）、秀（真田广之 饰）和休（阿利安·巴克瑞 Ariyon Bakare 饰）是在同一艘太空船上工作的宇航员们。一次偶然之中，他们在火星上发现了一个尚未成熟的生命体。休将这个生命体带回了实验室，让大家没有想到的是，这个小小的细胞在外界的刺激之下竟然开始了飞速的成长。
随着生命体的长大，事态的发展开始失去了控制，该生命体展现出了强大的攻击力和高超的智力，先后杀死了数名船员。不仅如此，大卫发现生命体似乎想随着飞船一起降落地球，而一旦它的阴谋得逞，地球上的人类势必将要面临灭顶之灾。

吉姆（克里斯·普拉特 Chris Pratt 饰）是阿瓦隆号飞船上的一位工薪阶层旅客，在飞船前往太空殖民地家园2号的120年旅途中，因一次意外，他从冷冻睡眠中醒来。发现自己有可能要在这艘巨船上独自度过89年，吉姆试着重新入睡，但最终只能在安置了5000个同行人员的睡眠舱中孤独生活，处于自杀边缘的吉姆绝望中孤注一掷，于是，他唤醒了一名女乘客奥罗拉（詹妮弗·劳伦斯 Jennifer Lawrence 饰），两人在相处的期间产生了爱情的火花。而当飞船的操作系统瘫痪，这对情侣面临着更大的问题，生命受到威胁的不仅仅是他们自己，也包括同行的旅伴，和航行本身。

世界在历经极端气候与粮食危机，地球濒临末日之际，一位电机工程师与一群专业研究者还有顶尖太空人，扛起人类史上最重要的任务，越过已知的银河，在星际间寻找未来出路。同时必须先割舍无法与家人见面的亲情牵绊，在爱与勇气、生存与挑战中，跨越星际拯救人类。

深邃浩瀚的外层空间，蔚蓝的地球与深不见底、漆黑一片的宇宙形成鲜明对比。一台隶属美国的空间站，数名宇航人员正进行太空漫步，对所属卫星做着例行检查。初上太空的瑞安·斯通博士（桑德拉·布洛克 Sandra Bullock 饰）在经验丰富的宇航员麦特·科沃斯基（乔治·克鲁尼 George Clooney 饰）的协助下，有条不紊地检查每一个部件。此次是科沃斯基退休前的最后一次飞行，他幽默风趣地活跃着团队的氛围。就在此时，休士顿总部传来骇人消息，不久前行将废弃俄罗斯卫星被导弹击毁，碎片以超过子弹的速度在地球轨道上散开，并意外击中其他卫星，引起连锁反应制造了新的碎片。
瑞安一行遭到碎片重创，有的同伴不幸身亡，而她和科沃斯基失去控制坠入宇宙深处。幸存的二人不得不彼此信赖，拼尽全力朝向故土前进……