Die beiden Brüder Walter und Danny (JOSH HUTCHERSON und JONAH BOBO) entdecken im Keller ihres alten Hauses ein mysteriöses Spiel, von dem sie - während sie es spielen - immer weiter in den dunklen Weltraum gezogen werden.

Auf ihrer fantastischen Reise durch die Tiefen des Universums werden die beiden von einem im All gestrandeten Astronauten (DAX SHEPARD) begleitet und bestehen gemeinsam mit ihm viele Abenteuer: Sie müssen sich vor Meteoritenschwärmen, feindlichen, eidechsenartigen Außerirdischen, einem von Raketen angetriebenen, amoklaufenden Roboter und einer intergalaktischen Raumschiffschlacht schützen.

Doch die größte Gefahr liegt noch vor ihnen: Wenn sie nicht in der Lage sind, das Spiel zu beenden und das Ziel des Spiels - den Planeten Zathura - zu erreichen, werden die Brüder für immer im Weltraum gefangen sein.