때는 2050년. 지구는 죽어가고 있고, 이에 대한 유일한 대책은 화성을 식민지로 개척하는 것으로 판정된다. 인류의 운명이 달린 이 중대한 프로젝트의 지휘를 맡게 된 케이트 바우맨은 여섯명의 승무원들을 이끌고 문제가 발생한 '화성 대지형성 프로젝트'의 문제점 수정을 위하여 화성으로 향한다. 하지만 우주선이 불시착하면서 험난한 여정이 시작된다. 이 사고로 모든 통신이 두절되고 탈출도구도 무용지물이 되며 고장을 일으킨 탐사로봇은 적으로 돌변한 것이다. 바우먼은 휴스턴의 명령을 무시한 채 갤러거(발 킬머 분) 등 승무원들을 방치하기를 거부하고 그들과 함께 돌아갈 궁리를 세운다. 황량한 화성땅에서 귀환을 계획하는 바우먼 팀은 끔찍한 공포에 직면하게 되는데, 화성은 생명체가 살지 않는 땅이 아니었다!