El afamado astrofísico Neil deGrasse Tyson nos lleva a dar una vuelta por el Sistema Solar y el Universo conocido, estableciendo la dirección de la Tierra dentro del Supercúmulo de Virgo. También comparte la historia de la persona que abanderó una comprensión del lugar de la Tierra en el Universo, el italiano del renacimiento Giordano Bruno y su visión del universo como una expansión sin límites del espacio y del tiempo.
Después hace una exploración dentro del Calendario Cósmico, que empieza con el Big Bang, igual que en el primer episodio de la serie original. El episodio termina cuando deGrasse Tyson narra como conoció a su mentor Carl Sagan, quien presentó la primera serie de Cosmos.

Siguiendo la exitosa serie 'Cosmos; Una Odisea en el Espacio y el Tiempo', Neil deGrasse Tyson vuelve a traducir las revelaciones de la Ciencia en una experiencia prodigiosa, llevando a la audiencia en una serie de viajes espirituales de exploración. La serie revela reinos inexplorados previamente, incluyendo mundos perdidos, mundos por venir y los mundos que los humanos podrían habitar. Ann Druyan, mujer y colaboradora de Carl Sagan, es la productora ejecutiva junto con Seth MacFarlane.
El primer episodio llevará a los espectadores en un atrevido viaje con la Nave de la Imaginación hacia una aventura de miles de millones de años de duración, la evolución de la vida.

Tyson describe el descubrimiento de los rayos cósmicos por Victor Hess mediante globos lanzados a gran altitud. Luego relata como el astrónomo suizo Fritz Zwicky, estudiando las supernovas, postuló que tenían en ellas su origen. Luego cuenta como Vera Rubin observó que la rotación de las estrella en las galaxias no seguían la velocidad esperada lo que le llevó a postular la existencia de la Materia Oscura. Posteriormente se descubrió la Energía Oscura para explicar la expansión acelerada del universo. Luego Tyson nos describe el viaje interesterlar de las dos sondas Voyager, que llevan un rótulo de oro que establece la posición de la tierra dentro del universo. Tyson concluye la serie enfatizando el mensaje de Carl Sagan de la condición humana en la inmensidad del Cosmos y exhorta a los espectadores a continuar explorando y descubriendo lo que el universo nos ofrece.

El último episodio de la serie pondera el destino de la Tierra. Neil deGrasse Tyson comienza con una reflexión sobre la ciencia y sobre aquellos que nos han ayudado a entenderla: 'Todos sentimos el peso de las sombras sobre nuestro futuro, pero en otros tiempos tan ominosos como el nuestro, hubo quienes pudieron ver un camino entre la oscuridad para encontrar la estrella que nos guiara'.
El joven Carl Sagan y el propio Tyson descubrieron su pasión por la ciencia en una feria mundial de Nueva York del pasado. Ahora visitaremos los deslumbrantes pabellones del la Feria Mundial de Nueva York de 2039, donde los problemas que consideramos actualmente como irresolubles has sido resueltos a través del compromiso de la gente y de la imaginación científica. Y el bebé del episodio anterior es ya una mujer con un futuro brillante y lleno de posibilidades.

Carl Sagan empieza el programa con una descripción del Universo y con su Nave de la Imaginación viajará desde las galaxias del universo observable al Grupo Local, la galaxia de Andrómeda, la Vía Láctea, la nebulosa de Orión, el sistema solar y finalmente a la Tierra. El cálculo de la circunferencia de la Tierra por Eratóstenes nos conducirá a la descripción de la antigua Biblioteca de Alejandría. Finalmente, veremos las eras de la Ciencia y el Calendario Cósmico.