En 2058, la famille Robinson, sélectionnée pour coloniser une nouvelle planète, est sabotée par le Dr. Smith, un espion ennemi. Leur vaisseau, le Jupiter 2, est dévié de sa trajectoire et perdu dans l'espace. Accompagnés du robot B-9 et du singe Don, ils doivent survivre aux dangers de l'espace et trouver le chemin du retour.