La famille Robinson est larguée dans l'espace à bord du vaisseau spatial Jupiter 2, piloté par le père, John, et rendu accueillant par la mère, Maureen. La famille comprend les enfants Will, Penny et Judy ainsi qu'un beau copilote, Don, un robot qui pense par lui-même et un saboteur ignoble mais souvent sympathique nommé Dr. Smith. Leur mission est de coloniser une nouvelle planète mais une tempête de météores les fait dévier de leur route. Désormais, où qu'ils s'aventurent, les Robinson découvrent des problèmes diaboliques, au milieu d'une amusante panoplie d'extraterrestres, de cyborgs, de créatures, de pirates de l'espace, de trous noirs et de phénomènes bizarres, auxquels le robot ne cesse de crier "Danger Will Robinson !".