Em Moonfall, por razões desconhecidas, a lua sai de órbita e se move em direção à Terra, possivelmente levando a uma colisão em breve. A ex-astronauta da NASA Jo Fowler (Halle Berry) acredita que pode resolver essa situação e evitar o impacto, mas apenas um de seus colegas (Patrick Wilson) acredita nela. Em uma situação de emergência, um grupo de cientistas não especialistas assume a missão de voar para a lua e evitar a colisão antes que a vida humana seja exterminada. Mas quando eles chegam lá, eles descobrem que a lua não é exatamente a rocha gigante orbitando a Terra que eles pensavam que era.