2029年，韩国载人飞船“探月号”出发前往月球，即将产生第二个成功登月的国家，任务备受全世界瞩目。然而“探月号”不幸遇上太阳黑子爆发所引致的太阳风暴，发生严重意外，宇航员黄善宇(都敬秀饰)成为“探月号”的唯一幸存者。为了营救流浪月球的黄善宇，隐居小白山天文台的前载人飞船飞行总监金载国(薛景求饰)，加入了救援行动，同时韩国政府亦要求美国太空总署(NASA)的总监尹文英(金喜爱饰)及月球门户太空站介入协助，但却一直遇上重重阻挠。

科学家观测发现一个震惊世人的现象，一颗巨大的小行星正向地球袭来，人类即将遭遇灭顶之灾。为了挽救这场危机，人类提出了大胆的“月盾计划”。独孤月(沈腾 饰)是该计划的一名中级维修工，遥远的月球上，他偷偷暗恋美丽飒爽的指挥长马蓝星(马丽 饰)，但是对方却从未将其放在眼里。某天，陨石群提前到达月球表面。驻守月球的人类急速撤离，却偏偏将独孤月遗忘在这里。荒凉的月球上，除了独孤月外，还有一只脾气并不太好的袋鼠。遥远的绝地，独孤月和袋鼠展开了别开生面的求生之旅……