A família de astronautas do Dr. John Robinson, acompanhada por um piloto e um robô, partiu em 1997 de uma Terra superpovoada na nave espacial Júpiter 2 para viajar a um planeta que orbita a estrela Alfa Centauri. A missão Júpiter 2 é sabotada pelo Dr. Zachary Smith (um agente de um governo estrangeiro não identificado), que entra na nave e reprograma o robô para destruir a nave e a tripulação. No entanto, Smith fica preso a bordo, e seu excesso de peso altera a trajetória de voo da nave, colocando-a diretamente no caminho de uma enorme tempestade de meteoros.

A Júpiter 2, recuperada, é lançada ao espaço mais uma vez, para escapar da destruição de Priplanus após uma série de terremotos cataclísmicos. Os Robinsons aterrissam em um novo mundo estranho, para ficarem presos a um planeta novamente por mais uma temporada.

A Júpiter 2 viaja livremente pelo espaço, visitando um novo mundo a cada episódio, enquanto a família tenta retornar à Terra ou, pelo menos, chegar ao seu destino original no sistema Alfa Centauri. Uma "Cápsula Espacial" recém-construída fornece um meio de transporte entre a nave e os planetas que passam, permitindo diversas escapadas.