Der mitten in der Wüste liegende Ort „Asteroid City“ hat seinen Namen durch einen Asteroiden-Einschlag bekommen. Sonst ist dort nichts los, wenn nicht gerade der Jahrestag dieses Ereignisses gefeiert wird, und eine Menge nerdiger Jugendliche zu einer Art Wissenschaftsconvention zusammenfinden. Auch Augie Steenbeck (Jason Schwartzman), gerade verwitwet, ist mit seinen drei Töchtern Andromeda, Pandora und Cassiopeia und seinem Sohn dort, ebenso wie die Schauspielerin Midge Campbell (Scarlett Johansson) samt Nachwuchs. Und dann landet ein Raumschiff...