A Million Miles Away membuka kisah inspiratif tentang perjalanan hidup Jose Hernandez yang diperankan oleh Michael Pena, dengan Rosa Salazar sebagai Adela, Julio Cesar Cedillo sebagai Salvador Hernandez, Veronica Falcón sebagai Isabel Hernandez, dan Bobby Soto sebagai Beto. A Million Miles Away mengikuti José sejak kecil hingga dewasa, menggambarkan bagaimana anak pekerja migran asal Michoacan itu perlahan menembus batas kemiskinan dan diskriminasi lewat pendidikan, ketekunan, dan mimpi besar menembus angkasa.

Berlatar akhir 1960-an hingga 1970-an, film ini memperlihatkan Jose kecil yang ikut keluarganya berpindah-pindah sebagai buruh pemetik anggur di California. Orang tuanya berharap kerja keras itu cukup untuk membeli rumah di kampung halaman. Di tengah musim panen, Jose tetap bersekolah dan selepasnya ikut bekerja di ladang. Guru Jose, Ms. Young, melihat potensi besar pada muridnya dan mendatangi orang tua Jose untuk menyampaikan kekhawatiran soal pendidikan yang terganggu akibat hidup nomaden. Kekhawatiran itu terbukti ketika ayah Jose hanya menerima upah sebagian dari hasil kerjanya. Momen tersebut menjadi titik balik saat keluarga memutuskan menetap penuh di California demi masa depan anak- anak mereka.

Tahun-tahun berlalu, José tumbuh menjadi sosok berprestasi. Ia lulus dari University of the Pacific dan diterima sebagai insinyur di Lawrence Livermore National Laboratory. Di lingkungan kerja yang didominasi orang-orang yang sebelumnya meremehkannya, Jose berusaha menyesuaikan diri, bahkan sampai menukar mobil klasik kesayangannya demi terlihat lebih membaur. Di sinilah ia bertemu Adela, perempuan yang kelak menjadi istrinya. Meski pertemuan pertama dengan keluarga Adela terasa menegangkan, hubungan mereka berkembang hingga menikah dan membangun keluarga dengan lima anak. Karier Jose pun terus menanjak, sampai akhirnya ia justru menjadi instruktur bagi para peneliti yang dulu mengabaikannya.

Kesempatan besar datang ketika atasan José menawarkan kursi dalam tim yang dikirim ke Rusia untuk mengevaluasi uranium diperkaya yang akan dibeli Amerika Serikat untuk NASA. Pengalaman ini disebut sangat bernilai untuk melamar program astronot. Setelah berkali-kali ditolak, Jose memberanikan diri mengantarkan langsung lamaran ke Frederick Sturckow, pelatih astronot sekaligus veteran Space Shuttle. Keberanian itu membuahkan hasil saat José akhirnya diterima.

Namun perjuangan belum selesai. Latihan astronot terasa berat dan Jose tertinggal dari rekan-rekannya. Kabar duka tentang wafatnya Beto, sepupu sekaligus sahabat dekatnya, membuat fokusnya goyah. Peringatan keras dari Sturckow memaksanya bangkit. Percakapan mendalam dengan Kalpana Chawla, kepala pelatih yang menjelaskan makna pergi ke luar angkasa, kembali menyalakan api semangat Jose, tepat sebelum Kalpana mengabarkan dirinya terpilih sebagai Mission Specialist STS-107 Columbia.