在2020年，全球空间站（World Space Station）汇聚了许多一流科学家，他们正在进行一项登陆火星的载人飞船任务。一支由卢克·格莱姆（Don Cheadle 饰）领导的4人小组成功着陆这颗无人星球，他们在那里目睹了一些奇异景象，随后小组成员相继丧生。为了查明这场悲剧的原因并寻找可能的幸存者，空间站派遣了伍迪·布雷克（蒂姆·罗宾斯 Tim Robbins 饰）领导的救援小组前往火星。然而，救援小组面临着许多困难，如船体损坏、机器故障、燃料泄漏、成员死亡等等，这一切都在消磨着他们的意志。抵达火星后，布雷克一行找到了卢克船长，随后发现了亿万年前外星人在火星留下的遗迹和信息，所有这些都与人类有着紧密联系……《火星任务》就此展开。