出身富裕家庭、聰明伶俐的凱薩琳醉心於天文學，一心渴望深入研究浩瀚星空，而非步入婚姻。然而，身處1910年的倫敦，女性沒有參政權，也不被各項學術單位接納，想要從事學術研究唯一的途徑就是嫁作人婦，擔任丈夫的「助理」。眼看著好不容易取得劍橋大學面試機會，卻仍因女性身分而遭拒於門外，就連父親也執意安排她與童年好友威廉訂婚。就在凱薩琳對未來感到迷惘之際，思想開明的表弟瑟里爾、熱情奔放的女權運動人士瑪麗、協助母親撰寫祖父傳記的編輯雷夫，在與他們交流的過程中，凱薩琳開始接觸截然不同的人生觀，也重新思索愛情、婚姻與女性自主的真正意義。她該如何勇敢掙脫社會與家庭的束縛，追逐屬於自己的夢想，又該如何在探索遙遠星空的同時，好好正視身邊近在咫尺的人、事、物與愛？