在2153年，人类发现了一颗类地行星——坦尼斯；然而，2174年的资源争夺战引发了混乱，“天堂”号飞船承载着60,000名乘客，肩负着移民使命，踏上了这场漫长的旅程。
乘客们被冷冻在舱内，以深度睡眠度过漫长的太空时光，飞船仅由3名飞行员操控，每两年轮换一次。噩耗传来，地球毁灭，“天堂”号成为了人类最后的希望。其中一名年轻飞行员在恐慌和绝望中杀死了同伴，陷入精神错乱，他策划了一个残忍的游戏，将部分乘客困于货舱，任由饥饿驱使他们自相残杀。
在游戏的尽头，年轻飞行员鲍尔和佩顿上尉在黑暗中醒来，均出现失忆症状。飞船电力系统故障，他们必须合作重启。鲍尔离开密封舱探寻真相，途中遇到神秘女子、亚裔男子和黑人，他们通过交流逐渐揭示过去。鲍尔发现佩顿可能并非表面看起来的那个人。
在与变异人类的冲突中，他们恢复了电力，而佩顿与一名下士盖洛的冲突揭示了他的真实身份——罪魁祸首盖洛。在驾驶舱的对峙中，飞船意外抵达坦尼斯星球海底。盖洛试图利用鲍尔的病症，但鲍尔在生死边缘找回理智，与女子逃离，紧急疏散程序启动。
最后，鲍尔和女子被弹射到坦尼斯星球，面对未知的新世界，他们的生存和文明重建将开启一段全新的篇章。
《深空失忆》影片讲述遗弃飞船上一群醒来后完全没有记忆的宇航员们的故事，被形容是《异形》和《太阳浩劫》的结合体，同时又融合了封闭空间内你死我活的血腥元素。这部风格另类，彰显着神秘色彩的科幻恐怖电影，在2009年秋季掀动一场科幻热潮。