Astronauten Sarah forbereder seg før et års langt oppdrag på Den Internasjonale Romstasjonen. I det siste oppdraget før ferden til mars, er det mye som står på spill, ikke minst privat. Eva Green spiller hovedrollen som Astronauten Sarah Loreau i det Screen Daily kaller hennes beste skuespillerprestasjon noensinne. Proxima er spilt inn på location i de samme fasilitetene ekte astronauter trener i.