Asteroid City sijoittuu kuvitteelliseen amerikkalaiseen aavikkokaupunkiin noin vuonna 1955. Joukko tiedekilpailussa kisaavia opiskelijoita ja heidän vanhempiaan on kokoontunut paikalle nuorten tähtiharrastajien tapahtumaan. Kokoontuminen kuitenkin keskeytyy mitä näyttävimmällä tavalla maailmaa mullistavien tapahtumien seurauksena.