En 1955, l'automobile d'Augie et de ses quatre enfants tombe en panne dans une ville désertique des États-Unis. Ils se dirigent vers Asteroid City, où doit avoir lieu une compétition de jeunes astronomes et de cadets de l'espace. L'événement accueille une foule de personnes des quatre coins du pays. Alors que le photographe de guerre Augie se lie d'amitié avec l'actrice Midge, son fils Woodrow l'imite en se rapprochant de sa fille Dinah. Le plaisir est toutefois de courte durée et un événement incroyable obligera l'armée à mettre la ville sous quarantaine.