De Verenigde Staten in de jaren ’50. Elk jaar komen jonge ruimteliefhebbers en hun families van over het hele land samen in het pittoreske woestijndorpje Asteroid City voor een conventie met wetenschappelijke wedstrijden. Dit jaar wordt de bijeenkomst echter op spectaculaire wijze verstoord en komt iedereen vast te zitten in het dorpje door een aantal buitengewone gebeurtenissen.