2075年，潤養(yǎng)地球萬物的太陽走到了生命的終點，極速衰老演化為紅巨星，體積不斷膨脹，即將爆發(fā)氦閃，地球面臨著被氦閃燒毀或是被太陽吞沒的危險。為了自救，科學家擬定了一個名為“流浪地球”的大膽計劃：地球聯(lián)合政府傾全球之力，建造了12000座行星發(fā)動機，推動地球變軌，試圖脫離太陽系，并計劃用2500年的時間，操控地球飛抵適合人類生存的新家園———比鄰星軌道。

中國航天員劉培強在兒子劉啟4歲那年前往領航員空間站，和國際同行一起肩負起“流浪地球”領航者的任務。轉眼10多年過去，就在劉培強服役結束將要返回地球時，一個意想不到的危險發(fā)生了：地球在途經(jīng)木星附近時，因木星具有強大的吸引力，很可能會被木星捕獲，從而導致滅亡！劉培強打消了返回地球的念頭，和同行們一起堅守空間站，嚴密監(jiān)測地球的動向。

地球上，劉啟已經(jīng)成為一名少年。由于太陽極速衰老，地球表面早已不適合人類居住，所有人都住進了地下城，沒有許可嚴禁外出。劉啟在地下城待久了，心里悶得慌。一天，他帶著妹妹偷跑出來，到地面玩。在地面，一輛輛大型運輸車頂風冒雪，忙碌地給行星發(fā)動機輸送燃料。劉啟和妹妹趁外公韓子昂不在，偷偷開走了他的運輸車。不料，在行駛中遇到安全檢查，車輛被扣下，劉啟和妹妹也被關了起來。為了救出外孫和外孫女，韓子昂來到看守所，他企圖說服看守人員放人，誰知看守人員不買賬，將他也一并關押了起來。

這時，地球已進入了木星軌道，在其強大引力的作用下，地球行星發(fā)動機停轉并引發(fā)強烈地震。劉啟和外公、妹妹趁著混亂逃出看守所，駕駛運輸車逃走。途中，他們的車被政府工作人員強征，加入到了重啟行星發(fā)動機的任務之中。在與時間賽跑的過程中，無數(shù)人前仆后繼，奮不顧身。半路上，劉啟他們的運輸車被冰塊砸中，外公韓子昂不幸遇難。

地球與木星的距離越來越近。經(jīng)過無數(shù)人的不懈努力，地球行星發(fā)動機終于逐一重啟。然而，由于地球已經(jīng)偏離軌道，再加上木星引力太大，地球不但沒有脫離掌控，反而快速向木星靠近。危急時刻，空間站的工作人員想到了一個大膽的計劃：點燃木星上的氫氣，借助爆炸產(chǎn)生的強大反向沖擊力使地球擺脫木星。很快，空間站將打火石運送了過去，可是距離不夠，打火石無法點燃木星上的氫氣。

眼看地球就要撞上木星，為了拯救人類，也為了保護自己的家人，劉培強駕駛飛船，載著空間站剩余的燃料徑直撞向木星，點燃了木星上的氫氣。氫氣爆炸產(chǎn)生的強大沖擊力推動地球很快擺脫了木星引力的控制。

劉培強用個人的犧牲換取了整個人類的希望。地球繼續(xù)流浪，向著比鄰星前進。