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。

莉娜（娜塔莉·波特曼 Natalie Portman 饰）是一名生物学家，一年前，她的丈夫凯恩（奥斯卡·伊萨克 Oscar Isaac 饰）在参加一项秘密任务后神秘失踪，这一年间，莉娜一直生活在悲伤之中。某天，失忆的凯恩忽然出现在了莉娜的面前，之后晕倒被送入了医院。在那里，莉娜遇见了文崔斯博士（詹妮弗·杰森·李 Jennifer Jason Leigh 饰）。
博士告诉莉娜，凯恩被派往了一块被“闪光”笼罩的未知区域，三年间，无数的队伍被派往区域内进行勘探，只有凯恩一人活着回来了。不仅如此，“闪光”正在不断的扩大。为了查明事情的真相，莉娜自愿加入了下一批被派遣的队伍之中，和她一同前往的，除了文崔斯博士外，还有安雅（吉娜·罗德里格兹 Gina Rodriguez 饰）和乔茜（泰莎·汤普森 Tessa Thompson 饰）。