《银河探险》是一套二十年前讲述太空NSEA保护者故事的电视科幻剧集，1982年停播，接近二十年后，饰演指挥官的贾森（蒂姆•艾伦TimAllen饰），饰演博士的亚历山大（艾伦•瑞克曼AlanRickman饰），以及格温（西格妮•韦弗SigourneyWeaver饰）等几位演员再度聚首，参加一系列粉丝见面会和商业活动。期间，一群自称塞米安人的怪诞粉丝跟随贾森到他的家里，疲惫的贾森发现这群塞米安人并非疯狂粉丝，而是真正的外星人！没有欺骗能力的塞米安人在收看《银河探险》后以为贾森等人是真正的太空英雄，他们在和宇宙恶徒萨里斯的对决中节节败退，于是远赴地球寻求保护者们的帮助，贾森和亚历山大等船员假戏真做，帮助塞米安人对抗宇宙邪恶势力……
20 世纪 80 年代的老太空冒险系列剧《银河探索》的演员们会参加粉丝大会并进行一些琐碎的宣传活动。尽管该剧的前主演杰森·内史密斯因受到关注而茁壮成长，但他的联合主演——格温·德马科、亚历山大·戴恩、弗雷德·关和汤米·韦伯——对他和他们的职业生涯感到不满。
在一次大会上，瑟米安人找到杰森，请求他的帮助。杰森认为他们希望他参加宣传活动并同意了。第二天早上，当他们接杰森时，杰森宿醉未醒，并没有意识到瑟尔米亚人是外星人，而且他已经被传送到了 NSEA 保护者号（银河探索号中的星际飞船）的重建版中。他相信自己已经在片场，必须扮演角色，因此与瑟米亚人的敌人军阀萨里斯对峙，萨里斯索要“欧米茄 13”，这是该剧结局中提到的一种秘密超级武器，该武器从未被使用过，其能力也不得而知。杰森敷衍了事，暂时击败了萨里斯。
在感激的瑟尔米亚人把他送回地球后，杰森意识到这段经历是真实的。他试图说服其他演员，但遭到拒绝。当Thermian Laliari出现并再次请求Jason的帮助时，演员们认为这是一份工作，加入了他，其中包括他们的经纪人盖伊·弗利格曼(Guy Fleegman)，他只在一集中扮演了一名命运多舛的红衫军。在保护者号上，他们了解到没有虚构概念的瑟尔米亚人相信银河探索的情节是真正的“历史文献”。受到剧组成员冒险经历的启发，他们将自己的社会建立在剧中所宣扬的美德之上。
萨里斯返回并再次攻击保护者号，船队勉强穿过磁雷区逃脱；然而，船上的动力源——铍球体——受到严重损坏。人类前往附近一颗行星的表面，寻找一个新的球体，并从凶猛而幼稚的外星人手中夺取了这个球体。返回保护者号后，他们发现萨里斯已经占领了这艘船并索要“欧米茄13”装置。杰森承认他不是真正的指挥官，并向萨里斯展示了银河探索的“历史文件”。萨里斯明白他们只是演员，于是迫使杰森向幻灭的瑟米亚领袖马瑟萨解释，表演和小说都是欺骗的形式，这对瑟米亚人来说是一个陌生的概念。
萨里斯启动了保护者号的自毁装置并返回了他的飞船，只留下瑟米亚人和演员们死去。人类制定了一项计划来中止自毁并击败萨里斯船上剩余的部队。杰森与地球上的《银河探索》超级粉丝布兰登以及他熟悉该节目的朋友网络进行交流。他们通过飞船的核心与杰森和格温交谈，并帮助他们中止了自毁程序。与此同时，亚历山大带领瑟米亚人对抗萨里斯的军队，并夺回了保护者的控制权。船员们重拾信心，向萨里斯发出挑战，并将他的船拖入磁性雷区。这一次，保护者将磁性地雷拖入萨里斯的船只中，将其摧毁。
保护者接近地球将人类带回家，但幸免于难的萨里斯在舰桥上伏击了他们，导致几名船员死亡。杰森成功激活了“Omega 13”，它会产生一个 13 秒的时间扭曲回到过去，让杰森和马瑟萨有机会在萨里斯重复攻击之前解除他的武装。
保护者号的舰桥与主船分开，将人类降落在地球上，而船的主要部分则将瑟米安人带入星际空间。在布兰登和他的朋友们充当灯塔的引导下，保护者桥撞上了银河探索大会，并停在了主舞台上。茫然的演员们在粉丝的欢呼声中出现，但萨里斯再次出现，再次给他们带来危险。杰森射杀了萨里斯，观众以为这只是特效表演。演员们沉浸在布兰登、他的朋友们以及他们的粉丝的崇拜之中。
一段时间后，《银河探索》作为续集系列《银河探索：旅程继续》重新推出，演员们与盖伊和拉利亚里一起作为新演员继续扮演他们的角色。