宇宙飛行士のマーク・ワトニーは火星への有人探査計画であるアレス3に、クルーとして参加する。火星での探査任務中、大砂嵐に襲われたワトニーらクルーは、全ミッションを放棄して火星からの退避を決めてロケットへ向かうが、その最中に折れたアンテナがワトニーに直撃する。クルーたちは現状と環境をシステムから計算した結果、ワトニーが死んだと判断して火星上の軌道へ戻り、さらに地球上の軌道へ帰還するためのヘルメス号に乗って出発してしまう。
ところが、ワトニーは生存しており、火星に一人取り残されてしまったことを知り、残されたわずかな物資を使って生き延びようとする。
