在并不遙遠的未來，太陽急速衰老與膨脹，再過幾百年整個太陽系將被它吞噬毀滅。為了應對這場史無前例的危機，地球各國成立聯合政府并啟動"移山計劃"——通過建造上萬臺行星發動機推動地球逃離太陽系。航天員劉培強（吳京飾）與韓朵朵（王智飾）在執行任務過程中相知相戀，量子科學家圖恒宇（劉德華飾）則在550W量子計算機中延續女兒的數字生命，聯合政府中國代表周喆直（李雪健飾）以"危難當前唯有責任"的宣言推進計劃。隨著月球解體危機化解，人類發現數字生命派系暗中阻撓，并揭露超級人工智能MOSS策劃系列災難的真相。在行星發動機全面啟動之際，劉培強與圖恒宇聯手摧毀失控的量子主機，確保地球踏上長達2500年的星際流浪之旅。本片根據劉慈欣同名科幻小說改編，展現人類面對存亡抉擇時的集體抗爭。