Ce film d'action raconte l'histoire d'un groupe de survivants d'un crash d'avion, des marginaux que la société ne regrettera pas, échoués dans un désert de Mongolie sans aucun espoir d'être secourus. Alors qu'ils tentent de construire un nouvel appareil avec les débris de l'avion pour tenter de retrouver la civilisation, ils font l'expérience de leur propre renaissance.
Quand le pilote Frank Towns et son copilote A.J. sont envoyés en Mongolie pour évacuer les employés d'une exploitation pétrolière ayant fermé ses portes, ils ignorent que cette opération de routine deviendra une lutte pour la survie et provoquera une incroyable renaissance. Peu après le décollage, en survolant le désert de Gobi, l'avion est pris dans une violente tempête de sable qui arrache son antenne et détruit son réacteur gauche. Le sable et le gravier battent la carlingue, Towns tente de contrôler la descente, mais l'avion finit par s'écraser dans le désert le plus impitoyable de la planète, en plein mois de juillet. L'avion ayant subi des dégâts irréparables, les onze survivants se retrouvent échoués sans eau ni nourriture. Alors que les accusations pullulent et que les tensions s'exacerbent, leur situation devient de plus en plus désespérée. Un homme mystérieux et excentrique nommé Elliott, qui s'est ajouté à la liste des passagers à la dernière minute, leur donne un espoir en suggérant de construire un nouvel avion, qu'il compte baptiser Phœnix, à partir des pièces intactes de la carcasse de leur C-119. Towns et les autres rejettent l'idée d'Elliott qui leur semble irréalisable, voire absurde. De plus, elle risquerait d'épuiser trop vite leurs maigres ressources et leur énergie. Mais quand leurs espoirs d'être secourus commencent à disparaître, ils réalisent que l'idée d'Elliott est leur seule chance : s'envoler est la seule solution. Mettant leurs différences de côté, les survivants commencent alors la construction du Phœnix sous la supervision d'Elliott. Même si le nouvel avion commence à prendre forme, la tâche semble impossible... mais l'impossible est leur seul espoir.