影片讲述的是2009年5月美国国家航空航天局派出七位宇航员，乘坐亚特兰蒂斯号航天飞机，对距离地球580公里的哈勃望远镜进行维修和升级的过程。影片除了展现宇航员五次在太空行走实施维修工作的紧张时刻之外，还将哈勃望远镜拍摄到的宇宙深处的照片，通过美国国家超级电脑应用中心处理后获得电脑图像，让观众得以体验仙女座星系、蝴蝶星云、猎户座大星云等见所未见的宇宙奇观概貌。