Moonfall, Dünya etrafında yörüngesini koruyan Ay'ın gizemli bir güç tarafından çekilip yörüngesinden çıkarılması ile ve Dünya’ya çarpmaya yönelik bir doğrultuda gönderilmesi ile başlar. Bu olay, Dünya'yı yok olma tehlikesiyle karşı karşıya getirir ve çarpışmaya sadece ama sadece birkaç hafta kala, eski astronot Jo Fowler, NASA yöneticisi ve kendisini bütün insanlığı kurtarmaya yardımcı olabilecek bir anahtar olduğuna inandırır. Ancak onu destekleyen sadece eski astronot arkadaşı Brian Harper ve bir komplo teorisyeni olan K.C. Houseman'dır. Bu zorlukları aşmak için zorlu bir görev adına uzaya çıkacaklar ve sevdikleri herkesi geride bırakacaklardır.