Akcja filmu rozgrywa się w 2035 roku i opisuje losy astronauty Marka Watneya, który należy do sześcioosobowej załogi marsjańskiej misji Ares 3. W dniu SOL 18 (SOL doba marsjańska) nad bazę Ares 3 nadciąga burza piaskowa, która zmusza członków ekspedycji do natychmiastowej ewakuacji z powierzchni Marsa do statku kosmicznego Hermes znajdującego się na orbicie planety i powrotu na Ziemię. Podczas drogi z Habu do MAV-u (Mars Ascent Vehicle) Mark Watney zostaje uderzony i odrzucony przez lecące metalowe szczątki anteny. Ponieważ w jego skafandrze zostaje uszkodzony komputer monitorujący parametry biologiczne, reszta załogi myśli, że Mark zginął. Po krótkich poszukiwaniach ciała w szalejącej burzy podejmują decyzję o odlocie. Mark Watney jednak nie zginął, został tylko ranny.

Mark po odzyskaniu przytomności uświadamia sobie, że został sam na Marsie z niewielkimi zapasami jedzenia i wody oraz bez łączności z Ziemią. NASA i pozostali członkowie załogi Ares 3 uważają go za martwego, więc nie może liczyć na ratunek.

Jednak nawet gdyby wiedzieli, że on żyje i misja ratunkowa wyruszyła natychmiast, to przybyłaby po niego długo po tym, jak skończą mu się zapasy powietrza, jedzenia i wody. Tak więc został zdany na siebie. Na szczęście burza nie uszkodziła Habu, dwóch łazików oraz paneli słonecznych, więc ma gdzie mieszkać i czym się poruszać, a po przeliczeniu zapasów jedzenia okazało się, że starczą mu na 300 dni. Mark jest inżynierem mechanikiem i botanikiem misji. Wykorzystując swoją wiedzę, zdolności i pomysłowość, rozpoczyna walkę o przetrwanie, do przybycia za około 4 lata kolejnej ekspedycji Ares 4. Pomaga mu w tym również jego poczucie humoru oraz dystans do sytuacji, w jakiej się znalazł.