Die NASA treibt mit der „Ares 3“-Mission die Erforschung des Mars voran. Die Astronauten Mark Watney (Matt Damon), Commander Lewis (Jessica Chastain), Rick Martinez (Michael Peña), Chris Beck (Sebastian Stan), Alex Vogel (Aksel Hennie) und Beth Johanssen (Katie Mara) sind auf dem roten Planeten gelandet, inklusive eines Fahrzeugs und eines Habitats, in dem die Forscher leben und Nahrung herstellen können. Doch ein Sandsturm droht die mitgebrachte Technik samt ihrer Einwohner hinwegzufegen, so dass Commander Lewis den Befehl zum sofortigen Aufbruch gibt. Weil ihn seine Crew für tot hält, bleibt der Botaniker Mark Watney auf dem unwirtlichen fremden Planeten zurück. Vorerst ohne Möglichkeit zur Kommunikation und mit beschädigter Ausrüstung versucht er, die wenigen ihm zur Verfügung stehenden Mittel so einfallsreich wie möglich zu nutzen. Und tatsächlich gelingt es Watney, der Erde zu signalisieren, dass er noch lebt. Die NASA unter Direktor Sanders (Jeff Daniels) beginnt, die Rettung des „Marsianers“ zu planen. Parallel dazu startet Watneys Crew eine eigene, riskante Mission, ihn heimzuholen…