Film fiksi ilmiah Space Sweepers menyajikan petualangan luar angkasa penuh aksi dengan sentuhan drama kemanusiaan yang kuat.

Berlatar tahun 2092, Bumi sudah tidak layak huni dan sebagian besar umat manusia hidup dalam kemiskinan. Sementara itu, perusahaan raksasa UTS menciptakan koloni luar angkasa mewah untuk kalangan elite dan sedang menjalankan proyek terraformasi Mars. Di tengah ketimpangan tersebut, Tae-ho bersama Kapten Jang, Tiger Park, dan android bernama Bubs bekerja sebagai kru penyapu sampah luar angkasa demi bertahan hidup.

Hidup mereka jauh dari kata mudah. Terjerat utang dan tekanan dari rentenir, mereka harus bersaing dengan kapal lain demi mendapatkan barang berharga. Hingga suatu hari, mereka menemukan robot anak bernama Dorothy yang disebut-sebut sebagai senjata pemusnah massal milik kelompok "teroris" Black Foxes. Melihat peluang, mereka mencoba menukar Dorothy dengan uang tebusan. Namun rencana itu berantakan setelah pasukan UTS melakukan pembantaian dan justru menjebak mereka sebagai teroris.

Seiring waktu, hubungan kru dengan Dorothy berubah. Tae-ho merasa gadis itu mengingatkannya pada putri angkatnya yang hilang, Kim Su-ni. Kebenaran pun terungkap, Dorothy sebenarnya adalah Kang Kot-nim, manusia yang diselamatkan dengan nanobot oleh ayahnya, seorang ilmuwan pembangkang. Black Foxes ternyata bukan teroris, melainkan kelompok aktivis yang ingin melindunginya dari ambisi jahat pemimpin UTS, Sullivan.

Konflik memuncak ketika Sullivan berniat menggunakan kemampuan nanobot Kot-nim untuk mengendalikan bom besar dan menghancurkan Bumi demi kepentingannya. Tae-ho dan timnya yang dilanda rasa bersalah akhirnya memilih melawan. Dengan bantuan para penyapu luar angkasa lainnya, mereka bertarung melawan pasukan UTS dalam pertempuran besar.

Dalam aksi klimaks, mereka berhasil melepaskan bom dari pabrik orbital, menggagalkan rencana kehancuran. Sullivan tewas dalam ledakan tersebut. Setelah semuanya usai, Kot-nim diadopsi oleh kru Tae-ho, sementara kehidupan mereka perlahan membaik. Tae-ho pun menemukan kedamaian dengan mengenang kembali putrinya, dan Bubs mendapatkan tubuh manusia yang ia impikan.