头号玩家的故事设定在2045年，届时虚拟现实技术早已深入人类生活的方方面面。詹姆斯·哈利迪（马克·里朗斯 Mark Rylance 饰）创造了名为绿洲的虚拟现实游戏世界。在生命即将走到尽头时，他公开宣布自己在游戏中留下了一枚彩蛋，谁能找到它，谁就能继承整个绿洲。玩家必须先取得三把钥匙，而破解钥匙线索的关键，藏在詹姆斯·哈利迪不为人知的过往之中。
韦德（泰尔·谢里丹 Tye Sheridan 饰）、艾奇（丽娜·维特 Lena Waithe 饰）、大东（森崎温 饰）和修（赵家正 饰）原本就是游戏中的好友。后来，他们与结识的阿尔忒弥斯（奥利维亚·库克 Olivia Cooke 饰）并肩行动，五人共同踏上寻找彩蛋的冒险之旅。一路上，他们不仅要解开重重谜题，还要面对大资本家诺兰·索伦托（本·门德尔森 Ben Mendelsohn 饰）的阻挠。
