En plena carrera espacial durante la década de los 60, la brillante experta en marketing Kelly Jones (Scarlett Johansson) es contratada por la NASA para trabajar junto al director del lanzamiento Cole Davis (Channing Tatum), en busca de que la misión del Apolo 11 lleve exitosamente al hombre a la luna. Entre la tensión de la misión lunar que está enfrentando Estados Unidos contra la Unión Soviética, la Casa Blanca considera que esta misión es demasiado importante para fallar, por lo que se les comanda la crucial tarea de organizar un alunizaje falso como plan de respaldo. Sin embargo, en medio de desastrosos intentos fallidos, Kelly tratará de arreglar la imagen pública de la NASA, mientras intenta convencer a una empresa para “vender la luna” y así lograr conseguir el apoyo público. No obstante, Cole cree que esta estrategia no tiene sentido, y ambos se ven obligados a trabajar juntos para mantener a flote el programa lunar, mientras comienza la verdadera cuenta atrás.