太阳极速膨胀，太阳即将膨胀并吞噬整个太阳系。为求生存，地球上的人类提出了一系列求生计划，其中最引人注目的是“移山计划”。该计划的核心是，在地球上安装10000个行星引擎，将地球推出太阳系。为了验证计划的可行性，全球三十三个国家在利伯维尔共同建立了试验基地。
然而，随着计划的推进，其高昂的成本和巨大的难度对各国利益造成了严重冲击。反对势力频发恐怖袭击，试图阻止计划的实施。就在距离行星发动机试验点火不到十天的时候，三名反对派偷偷潜入太空电梯，锁定了所有宇航员，并夺走了他们的身份名牌，企图控制轿厢停泊空间站。
与此同时，基地内的无人机群突然失控，开始攻击地面人员。当控制中心发现操作系统被入侵时，已经为时已晚。眼看所有轿厢将撞向空间站，飞行员们紧急起飞战机阻止，但无人机群的雷达干扰让战机陷入被动。就在此时，增援部队赶到，手动瞄准清除无人机。地面控制中心也成功接入智能量子计算机550c，试图夺回控制权。
然而，反对派引爆无人机导弹，造成9号轿厢爆炸，战机受损。尽管控制中心夺回了控制权，但空间站的坠落给移山计划带来了前所未有的危机。与此同时，数字生命计划再次浮出水面。这一计划曾提出制造量子计算机，让人类在数字世界永生，但因可能引发逃避现实的问题而被禁止。
随着方舟号空间站的坠落，越来越多国家反对移山计划。中国决定凭一己之力，赶在太阳活动前的窗口期内，建造并试验点火两台行星发动机。而在月球上，图恒宇和马兆使用550C指导机器制造发动机。图恒宇希望将女儿的意识接入550C，但遭到马兆拒绝。最终，在太阳风暴的威胁下，他们成功使用550A完成了点火任务。
月球上的行星发动机点火成功，为人类找到了生存的希望。移山计划正式更名为流浪地球计划，地球自转速度减缓，人类开始积极建设地下城以应对新挑战。然而，地下城的名额有限，只能通过抽签决定谁能进入。刘培强家仅他一人获得地下城居住名额，他无奈选择进入航空站，只为让家人得以生存。而图恒宇，尽管数字生命计划被严令禁止，他仍怀揣着与女儿重逢的渴望，默默参与550C的后续研发。随着技术的升级，550C进化为强大的五五零W，它自主决策，协助人类建设地下城与行星发动机。
图恒宇，为了心中的那份执着，放弃了与女儿在现实中的相见。当他看到刘培强为家人而挣扎的背影，心中的共鸣让他决定给女儿一个完整的“生命”。他冒险将女儿的意识上传至五五零W，这一举动被马兆发现，但图恒宇决绝不回头。
然而，危机突至。月球上的行星发动机过载运行，即将撞向地球。联合政府收到预警，决定引爆核弹摧毁月球。刘培强与张鹏等人加入宇航员队伍，为地球保驾护航。地球上的人类终于团结，纷纷上交核武器，准备在月球部署核弹。
刘培强与队友在部署核弹时遭遇危险，他选择让队友先撤离，自己留下完成任务。而图恒宇与马兆则潜入海底，试图重启地球推进器的主机。在关键时刻，马兆牺牲自己，将重启密码交给图恒宇。图恒宇将自己和女儿的芯片插入电脑，将重启互联网的密码传给了女儿。随着图恒宇的生命消逝，他也进入了数字世界。
与此同时，刘培强见证了引爆月球的英勇瞬间。中国的服务器未能及时重启，地球面临巨大风险。周喆直坚信中国人能完成任务，最终，图恒宇在数字世界中成功重启互联网，连接了所有行星发动机。地球在七千台发动机的推动下，向着两万五千年后的新家园启航。
在这场史无前例的生存危机中，人类展现了前所未有的团结与勇气。刘培强、图恒宇等人用自己的行动，诠释了什么是真正的责任与担当。而地球，也在这群勇敢者的引领下，踏上了新的征程。
