Бывший пилот НАСА Джозеф Купер живет с двумя детьми и тестем на ферме в предапокалиптическом мире будущего, когда постоянные неурожаи и пылевые бури угрожают выживанию человечества. Случайным образом Куп попадает на секретный космический объект, на котором, по совпадению, работает его бывший руководитель, профессор Джон Брэнд. Брэнд предлагает Куперу помочь спасти человечество от вымирания, возглавив космическую экспедицию через кротовую нору в другую галактику: по его мнению, Земля уже отжила свой срок, и единственным шансом спастись остается переселение всего населения планеты на другую, более пригодную для жизни. Загвоздка в том, что из-за некоторых особенностей искажения пространства-времени близ сверхмассивных объектов, таких, как черные дыры, такое путешествие займет долгие годы, и, вернувшись, Купер может не застать в живых своих детей. 

Поначалу отказавшись, Купер понимает, что его отказ может привести к страшным последствиям, и в итоге становится пилотом космического корабля Endurance. Кроме него, в экипаж входит трое ученых и два робота. На пути к пригодной для жизни планете команда Endurance столкнется с многими препятствиями, в том числе с самим восприятием времени и пространства человеческими существами. 
 

Исполнительным продюсером фильма выступил Кип Торн, профессор теоретической физики из Калифорнийского технологического института. Он консультировал режиссера во всем, что касалось внешнего вида и свойств астрофизических объектов, и даже написал об этом небольшую книгу — «Наука в фильме «Интерстеллар»». Джонатан Нолан, сценарист фильма, также изучал предмет в этом институте параллельно с работой над сценарием, которая заняла у него четыре года, чтобы достичь максимальной научной корректности в описании космических путешествий и черных дыр. В итоге визуальная проработка фильма действительно потрясает: даже лучи света в эпизодах с черной дырой двигаются вокруг нее в соответствии с уравнениями Общей теории относительности.

Движением обоих роботов в фильме управлял американский комик и клоун Билл Ирвин. Он же озвучил ТАРСа, робота, у которого по сюжету можно было регулировать уровень чувства юмора.

Известный своей нелюбовью к спецэффектам и любовью к формату IMAX, режиссер Кристофер Нолан принял решение отстроить павильоны для интерьерных сцен космического корабля и секретного объекта НАСА. Чтобы снимать эти сцены на IMAX камеру, оператор Хойте ван Хойтема вручную переделал ее на более миниатюрный лад. Кстати, это первый фильм Нолана, оператором на котором выступил не Уолли Пфистер: в это время он был занят на съемках своего режиссерского дебюта, научно-фантастического фильма «Превосходство», который в итоге с треском провалился в прокате и заслужил разгромные оценки критиков.

Как и всегда, Нолан держал сценарий фильма в строжайшем секрете от внешнего мира. В этот раз он зашел настолько далеко, что композитору Хансу Циммеру пришлось писать саундтрэк к фильму, не имея ни малейшего представления о его сюжете. Вместо сценария Нолан выдал ему одну страницу текста, в котором была изложена история отца, оставившего своего ребенка одного, чтобы пойти на работу, что известным образом перекликается с историей Купера и Мерф.

Для изобразительного решения фильма Нолан вдохновлялся многими фильмами, но основными рефренсами послужили «Космическая одиссея» Стэнли Кубрика и «Зеркало» Андрея Тарковского. У первого Нолан позаимствовал визуальный стиль космического корабля и безмолвный ужас открытого космоса, у второго — контрапунктные сочетания стихий, таких как ветер, пыль, огонь и вода в эпизодах, действие которых происходит на Земле.