Devoradores de Estrelas acompanha a jornada inesquecível de um professor de ciências do ensino fundamental chamado Ryland Grace (Ryan Gosling). Um dia, Ryland acorda em uma espaçonave a anos-luz do planeta Terra. Sem memória alguma de quem é ou como foi parar ali, o professor se encontra numa situação inexplicável. Aos poucos, porém, suas lembranças voltam e ele recorda que foi recrutado para uma missão especial chamada Projeto Fim do Mundo na qual ele foi enviado a 11,9 anos-luz da Terra para investigar o motivo pelo qual o Sol está morrendo na Via Láctea.

Ryland precisará recorrer aos seus conhecimentos científicos para resolver esse enigma o mais rápido possível e impedir a extinção da humanidade. O que, porém, parecia ser apenas uma trajetória solitária se transforma em uma viagem em companhia de uma amizade inesperada.