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。

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。

故事发生在遥远的26世纪，外科医生依德（克里斯托弗·瓦尔兹 Christoph Waltz 饰）在垃圾场里捡到了只剩下头部的机械少女将她带回家中，给她装上了本来为自己已故的女儿所准备的义体，并取名阿丽塔（罗莎·萨拉扎尔 Rosa Salazar 饰）。苏醒后的阿丽塔对这个五彩斑斓但却暴力而又残酷的世界产生了浓厚的兴趣，在结识了青年雨果（基恩·约翰逊 Keean Johnson 饰）后，阿丽塔开始接触名为机动球的运动，并在比赛中展现出了惊人的格斗天赋。
在废铁城居民们的头顶，漂浮着巨大的浮空城市撒冷，废铁城居民们的一切劳作和付出，都是为了给撒冷提供继续运作的燃料。在大财阀维克特（马赫沙拉·阿里 Mahershala Ali 饰）所设立的机动球比赛中，最终获得冠军的人能够获得前往撒冷生活的资格，阿丽塔决定利用自己的格斗天赋参加比赛，却被卷入了一个巨大的阴谋之中。

自从银河帝国衰败之后，正邪轮回再度开始，第一秩序的黑暗力量蔓延滋长，重新为银河系带来威胁。与此同时，对于凯洛·伦的堕落深感内疚的天行者卢克宣告失踪，而围绕卢克下落的一份星系地图，则引起敌我双方的争夺。不愿成为战争机器的第一军团士兵芬恩（约翰·波耶加 John Boyega 饰）协助反抗组织成员波·达摩龙（奥斯卡·伊萨克 Oscar Isaac 饰）逃到蛮荒星球贾库，寻找藏有地图的机器人BB8。两人失散后，芬邂逅拾荒者蕾伊（黛茜·雷德利 Daisy Ridley 饰）和BB8。他们乘坐破旧的千年隼号躲过了军团的追杀，此后更遇到千年隼号的主人汉·索罗（哈里森·福特 Harrison Ford 饰）。
第一秩序制造了破坏力远超死星的弑星者基地。宇宙和平危在旦夕，某人体内的原力则悄然苏醒……

21世纪某天，神秘外星人突然入侵地球。奇怪的是外星人全部以20世纪80年代所流行的像素电子游戏形象出现，凡是被它们碰过的物体、人类无一例外都被像素化。现任美国总统威尔·库珀（凯文·詹姆斯 Kevin James 饰）深感事态严重，连忙电话叫来的当年极为擅长街机游戏的玩伴山姆·布伦纳（亚当·桑德勒 Adam Sandler 饰）。在另一个怪鸡朋友勒德洛·莱门梢夫（乔什·加德 Josh Gad 饰）的指点下，他们似乎明白了外星人的真身。入侵接二连三袭来，这群大男孩找来曾经的死对头埃迪·普兰特（彼特·丁克拉奇 Peter Dinklage 饰），联合与伪装成游戏的外星人们展开3D像素大作战。
地球危在旦夕，这可真不是能让人轻松以对的游戏……