《火星人玩转地球》讲述了一个诡异的5月9日傍晚：肯塔基州一处农场里，着火的牛群疯狂奔跑，紧接着一架飞碟冲上夜空。美国政府很快得知，大批火星人的飞碟已经聚集在地球周围。经过权衡，美国总统戴尔（杰克·尼科尔森 Jack Nicholson 饰）决定向全世界公布火星人到来的消息。
白宫内，总统夫人玛莎（格伦·克洛斯 Glenn Close 饰）和女儿戴菲（娜塔莉·波曼 Natalie Portman 饰）对火星人的出现表现得十分平静，仿佛只是在谈论一次普通访问。纽约方面，新闻工作者史东与娜塔莉正准备采访唐纳博士（皮尔斯·布鲁斯南 Pierce Brosnan 饰）；堪萨斯的瑞奇则得知哥哥即将作为接待火星人的守卫军人出席现场；而在拉斯维加斯，昔日拳王拜伦为了养家糊口，正艰难地维持生计。
当火星人终于降临地球时，他们先向人类发出和平信号，随后却突然展开大规模屠杀，并不断戏弄美国政府高层。面对来势汹汹的火星人，人类一度束手无策。就在所有人都陷入绝望之际，真正能够战胜火星人的武器，却以一种完全出乎意料的方式出现了。
