Un père (Tim Robbins) part au travail en laissant sa fille aînée (Kristen Stewart) surveiller ses frères chamailleurs Danny (Jonah Bobo), 6 ans et Walter (Josh Hutcherson), 10 ans qui se retrouvent projeter dans l'espace après avoir joué à un jeu mystérieux trouvé dans la cave. Rejoints par un astronaute (Dax Shepard), ils devront survivre, au cours de leur voyage fantastique, à une pluie de météorites, des extra-terrestres belliqueux et un robot meurtrier. Avec l'aide de l'astronaute, Danny et Walter mettent leur différend de côté et travaillent ensemble pour finir le jeu et rentrer chez eux. Leur plus grand défi sera de s'opposer au champ gravitationnel de la sombre planète Zathura. Adapté du livre pour enfant du célèbre auteur Chris Van Allsburg (The Polar Express, Jumanji).