共和体制崩塌，银河帝国的阴影笼罩着宇宙文明每一个角落。为了加强对反抗势力的镇压，塔金主义直接催生了一种足以摧毁星球的超级武器——死星的诞生，而物理科学家盖伦·厄索（麦斯·米科尔森MadsMikkelsen饰）正是死星的主要设计者。厄索的女儿琴（菲丽希缇·琼斯FelicityJones饰）在童年时代与父母经历了生离死别，之后她被反抗组织领袖索•格雷拉（福里斯特·惠特克ForestWhitaker饰）所抚养长大。成年后琴罪行累累，成为帝国的阶下囚，最终却被反抗组织救出。从格雷拉那里她得知死星的存在，并见证了一个城市的灰飞烟灭。然而义军同盟决然不信死星的存在，万般无奈琴和飞行员卡西安·安多（迭戈·鲁纳DiegoLuna饰）等人孤身前往收藏着死星设计图的星球，攸关全宇宙命运的战争拉开了序幕……故事根据1977年《星球大战：新希望》片头的一段文字改编。
研究科学家盖伦·厄索和他的家人躲在拉穆星球上，帝国武器开发商奥森·克伦尼奇赶到，迫使他完成“死星”，这是一种基于空间站的超级武器，能够摧毁行星。盖伦的妻子莱拉在冲突中被杀，而他们的女儿琴逃脱并被反叛极端分子索·格雷拉救出。
十五年后，货运飞行员菩提·鲁克从帝国叛逃，将盖伦记录的全息信息传送给沙漠卫星杰达上的格雷拉。义军联盟情报官员卡西安·安多从线人处得知鲁克的叛逃和死星。琴从沃巴尼的帝国劳改营中被释放，并被带到叛军领导人贝尔·奥加纳和蒙·莫思马那里，他们说服她找到并营救盖伦，以便联盟能够更多地了解死星。卡西安被秘密命令去援助琴，但他并没有救出盖伦，而是杀死了他。
琴、卡西安和重新编程的帝国机器人 K-2SO前往吉达，帝国正在那里从圣城移除凯伯水晶，为死星提供动力；格雷拉和他的游击队正在对他们发动武装叛乱。在盲人精神战士奇鲁·英威和他的雇佣兵朋友巴兹·马布斯的帮助下，琴与囚禁鲁克的格雷拉取得了联系。格雷拉向她展示了盖伦透露他已秘密在死星中建立了一个漏洞的信息。详细说明这一点的示意图位于斯卡里夫星球的帝国数据库中。
在死星上，克伦尼克下令进行一次低威力试射，摧毁了吉达的首都。琴和她的团队带着鲁克逃离了月球，但格雷拉仍然与这座城市一起死去。总督塔金在利用鲁克的叛逃和安全漏洞作为控制该项目的借口之前向克伦尼克表示祝贺。鲁克带领一行人来到盖伦位于伊杜星球的帝国研究设施，卡西安选择不杀死盖伦。不久之后，叛军轰炸机袭击了该设施。盖伦受伤并死在琴的怀里，随后她和她的团队乘坐一辆被盗的帝国货运飞船逃脱。克伦尼克被达斯·维德召唤，负责应对死星对杰达的攻击。克伦尼奇寻求他对觐见皇帝的支持，但维德却用力掐住了他，并命令他确保不再发生任何违规行为。
琴提出了一项利用义军舰队窃取死星示意图的计划，但未能获得联盟委员会的批准，联盟委员会认为现在不可能战胜帝国。琴的团队对他们的不作为感到沮丧，带领一小队义军志愿者袭击了数据库。乔装打扮的琴和卡西安乘坐 K-2SO 乘坐被盗的帝国船只（鲁克称之为“侠盗一号”）抵达斯卡里夫，而其他叛军则攻击帝国驻军以分散注意力。
联盟从截获的帝国通讯中得知这次袭击，并部署舰队提供支援。K-2SO 牺牲了自己，以便 Jyn 和 Cassian 能够取回数据。伊姆维在激活主开关以允许与义军舰队通信后被杀，马尔布斯不久后也被杀。在通知义军舰队必须停用行星护盾以允许传输示意图后，鲁克被手榴弹炸死。叛军海军上将拉杜斯使用锤头护卫舰摧毁两艘歼星舰，残骸坠落在发电机顶部，使防护罩失效。琴和卡西安获得了示意图，但遭到克伦尼克的伏击，克伦尼克被卡西安开枪打伤。在死星进入斯卡里夫上方轨道之前，琴通过基地的天线将示意图传输到义军指挥舰。塔金用死星的另一发子弹摧毁了天线，使克伦尼克蒸发。撞击产生的爆炸吞没了基地，杀死了卡西安、琴和剩余的地面部队。
义军舰队准备跃迁至超空间。然而，拉杜斯上将和舰队的许多舰艇被维德的歼星舰拦截。维德登上义军指挥舰并杀死了许多士兵，试图夺回示意图，但一艘护卫舰[b]带着他们逃走了。在逃离的船上，莱娅·奥加纳公主宣称这些示意图将带来希望，因为护卫舰带着示意图逃往超空间。[C]