在介绍本片之前，首先需要讲点历史。墨丘利计划系美国最早的载人航天计划，首次载人航天飞行是在1961年5月5日。在这之前的两年时间里，美国宇航局多次试飞无人操作的墨丘利飞船。最后一次试飞是在1961年1月底，乘客是黑猩猩Ham，飞船飞越大西洋700公里。飞行过程中出现了几个小问题，但Ham死里逃生并在海上着陆。后来，美国宇航局就再也没有请Ham上飞船了。本片的故事，还得从当年这位勇敢的黑猩猩航天员Ham说起。为了从Ham家族的名声中捞取好处，一名参议员找来了Ham的孙子、屁用没有的笨蛋猩猩Ham三世，让它和两个猿猴同伴坐上最先进的宇宙飞船，穿越虫洞去往一个陌生星球。在那里，Ham三世遭遇了一个暴君，并展开了一段奇妙的旅程。在外太空，美国宇航局的一个无人驾驶、智能生命搜索太空探测器“无限”被拖入星系间虫洞，并迫降在银河系的另一边。它降落在名为马尔戈的类地外星球上，居住着色彩缤纷的外星生物。扎托格（杰夫·丹尼尔斯饰）是一位心怀邪恶的居民，他意外地发现了如何手动控制船上的机械，并用它来奴役人们。面对无限号可能灭绝的情况和预算，科学家们雇佣了多只黑猩猩作为宇航员，以重新与探测器取得联系并取回探测器：技术天才彗星（扎克·沙达饰）、卢娜中尉（谢丽尔·海因斯饰）和指挥官泰坦（帕特里克·沃伯顿饰）。为了引起媒体的关注，参议员（斯坦利·图奇饰）在团队中加入了哈姆三世（安迪·萨姆伯格饰），他是第一只进入太空的黑猩猩哈姆的孙子，在马戏团担任炮弹。哈姆三世对这次任务不感兴趣，但尽管他尽了最大努力逃离科学家的训练设施，但他（与其他太空黑猩猩（彗星除外））还是被发射到太空。哈姆、卢娜和泰坦进入虫洞，后两人因压力而昏倒，哈姆的任务是把飞船救出来并着陆。飞船和泰坦被扎托格的追随者占领，泰坦向扎托格传授探测器的特征。哈姆和卢娜前往扎托格的宫殿。汉姆透露，他认为太空黑猩猩是个笑话，这让卢娜对他很生气。他们接受居民 Kilowatt（克里斯汀·肯诺维斯 Kristin Chenoweth饰）的指导。他们进入了外星人的食物山谷，在那里遇到了一些咕噜咕噜，然后他们进入了食肉兽的洞穴，基洛瓦特被怪物吃掉了，所以哈姆和卢娜绕过了它，然后他们进去了他们从中坠落的本我的乌云。到达宫殿后，他们营救了泰坦并计划离开。然而，哈姆、卢娜和泰坦在注意到扎托格折磨那些被冰冻在弗雷兹纳尔池中的居民后改变了他们的行动方针，觉得他们有责任拯救地球。扎托格随后用探针攻击黑猩猩。就在他们即将被摧毁时，泰坦欺骗了扎托格，让他认为自己可以统治宇宙，从而触发了探测器中的弹射装置，这反过来又导致他落入弗雷兹纳而失败。随后黑猩猩发现基洛瓦特幸存下来，并通过对讲机与彗星和汉姆祖父的朋友休斯顿（卡洛斯·阿拉斯拉奇饰）取得联系。由于黑猩猩在发射时跳出，他们登上的飞船并不在马尔戈上，因此彗星、露娜和泰坦采用了不同的方法离开该星球。他们在行星居民的帮助下重新设计了探测器，并利用火山喷发将其推离行星引力。黑猩猩进入太空，正当它们即将重新进入虫洞时，泰坦将控制权交给了哈姆，哈姆能够承受压力，从而驾驶飞船。哈姆虽然最初持怀疑态度，但受到与祖父灵魂进行心灵对话的激励；他在卢娜的帮助下操纵飞船返回地球并着陆，参议员在媒体的压力下决定大幅增加太空计划的资金。科学家们庆祝黑猩猩的回归。