A história do seriado se passa no futuro. Em 16 de outubro de 1997, a espaçonave Júpiter 2 está em contagem regressiva para ser lançada ao espaço com a família Robinson, que tentará colonizar um planeta em Alfa Centauri, projeto que resolveria o problema da superpopulação da Terra.Participavam também da expedição, além do Professor John Robinson, sua esposa Maureen Robinson, e seus filhos, Judy, Will e Penny, o Major Don West que era o piloto da nave Jupiter 2 (no episódio-piloto a nave chama-se Gemini 12 — alusão ao projeto Gemini, do programa espacial norte-americano).
Um espião estrangeiro infiltrado sabota a missão, levando-os a ficar perdidos no espaço. No entanto, este espião-sabotador acaba preso na nave com a família Robinson. Ele é o Doutor Zachary Smith.