ในปี ค.ศ. 2035 ลูกเรือของยานเอรีส III กำลังสำรวจที่ราบ Acidalia Planitia บนดาวอังคาร ซึ่งเป็นภารกิจวันที่ 18 จากทั้งหมด 31 วันบนดาวอังคาร พวกเขาพบกับพายุฝุ่นที่อาจก่อให้เกิดอันตรายกับยานได้จึงตัดสินใจยกเลิกภารกิจ ระหว่างการอพยพ นักบินอวกาศ มาร์ก วัทนีย์ถูกชิ้นส่วนยานกระแทกจนกระเด็นหายไป เมื่อไม่พบสัญญาณชีพของวัทนีย์ ผู้บัญชาการภารกิจ เมลิสซา ลิวอิส จึงตัดสินใจออกยานเพื่อกลับไปที่ยานเฮอร์มีสที่ลอยอยู่ในวงโคจร
วัทนีย์ฟื้นขึ้นหลังมีสัญญาณเตือนออกซิเจนต่ำ เขาเดินทางไปที่แฮบ ซึ่งเป็นที่อาศัยบนดาวอังคารและทำแผล วัทนีย์เริ่มบันทึกวีดีโอและพบว่าโอกาสที่เขาจะได้รับความช่วยเหลือคือต้องรอให้ลูกเรือยานเอรีส IV มาถึงแอ่ง Schiaparelli ในอีก 4 ปีข้างหน้า วัทนีย์พบว่าเขาจะมีอาหารให้กินอีก 300 วัน จึงใช้ความรู้ด้านพฤกษศาสตร์ปลูกพืชจากมูลและดินบนดาวอังคารและผลิตน้ำจากการแยกไฮโดรเจนจากเครื่องยนต์ นอกจากนี้วัทนีย์ยังดัดแปลงรถสำรวจเพื่อใช้เดินทางไปยังจุดหมาย
ด้านผู้อำนวยการภารกิจ วินเซนต์ กาปูร์ ได้ตรวจสอบภาพถ่ายดาวเทียมของดาวอังคารและพบว่าวัทนีย์ยังมีชีวิตอยู่ เขาหารือเรื่องนี้กับผู้ควบคุมการบินของยานเฮอร์มีส มิตช์ เฮนเดอร์สันและผู้อำนวยการนาซา เท็ดดี แซนเดอส์ แต่แซนเดอส์สั่งว่าอย่าเพิ่งบอกเรื่องนี้กับลูกเรือเอรีส III
วัทนีย์ออกไปค้นหายานแพทไฟน์เดอร์และดัดแปลงกล้องเพื่อใช้ติดต่อกับทีมห้องปฏิบัติการการขับเคลื่อนด้วยเครื่องยนต์ไอพ่น (Jet Propulsion Laboratory หรือ JPL) นาซาแนะนำให้วัทนีย์ดัดแปลงรถสำรวจกับแพทไฟน์เดอร์เพื่อให้ติดต่อได้ง่ายขึ้น เมื่อรู้ว่าทางนาซายังไม่บอกเรื่องที่เขารอดชีวิตกับเพื่อนร่วมงาน วัทนีย์โกรธจัด แซนเดอส์จึงสั่งให้เฮนเดอร์สันบอกเรื่องนี้กับลูกทีมเอรีส III
เฮนเดอร์สันและผู้อำนวยการ JPL บรูซ อิง วางแผนจะส่งยานบรรจุเสบียงไปให้วัทนีย์ที่รอการมาของยานเอรีส IV ด้านวัทนีย์ประสบเหตุแฮบรั่วและระเบิด ทำให้พืชที่ปลูกไว้เสียหาย แซนเดอส์สั่งให้เร่งการผลิตยานบรรจุเสบียงโดยให้ข้ามขั้นตอนการตรวจสอบความปลอดภัย ส่งผลให้ยานระเบิดเมื่อถูกปล่อยขึ้น
องค์การบริหารอวกาศแห่งชาติจีน หรือ CNSA เสนอความช่วยเหลือให้นาซาใช้บูสเตอร์เพื่อขนส่งเสบียงไปยังดาวอังคาร แต่นักพลศาสตร์ดวงดาวของ JPL ริช เพอร์เนลล์ เสนอให้ใช้ความโน้มถ่วงช่วยในการพายานเฮอร์มีสกลับไปที่ดาวอังคาร โดยใช้บูสเตอร์ของ CNSA เติมเสบียงให้เฮอร์มีสแทน แต่แซนเดอส์ปฏิเสธแผนนี้เพราะมีความเสี่ยง เฮนเดอร์สันแอบส่งข้อมูลแผนการนี้ให้ยานเฮอร์มีส ลิวอิสและลูกเรือทุกคนตัดสินใจใช้แผนนี้
วัทนีย์ใช้เวลา 90 วันบนดาวอังคารขับรถสำรวจมาที่จุดนัดพบและดัดแปลงยานที่จะส่งเขาขึ้นไปหายานเฮอร์มีส ด้านลูกเรือยานเฮอร์มีสใช้แรงระเบิดจากการสูญเสียความดันเพื่อช่วยเร่งความเร็วแต่ก็ยังไม่พอ ลิวอิสจึงออกไปนอกยานเพื่อรอรับตัววัทนีย์ เพื่อพบว่าระยะทางยังไม่ถึงที่ต้องการ วัทนีย์เจาะถุงมือของชุดอวกาศเพื่อใช้ขับดันพาเขาไปหาลิวอิส การช่วยเหลือประสบความสำเร็จท่ามกลางความดีใจของคนทั่วโลกที่ได้ชมการถ่ายทอดสด
หลังกลับมาที่โลก วัทนีย์สอนประสบการณ์บนดาวอังคารให้กับนักบินอวกาศรุ่นใหม่ ๆ