Crónicas marcianas narra la historia de la primera sonda tripulada enviada por la Tierra a Marte en 1999. Durante esta misión, un marciano celoso asesina a los dos astronautas luego de que su esposa tiene sueños eróticos con ellos.
En una expedición posterior, los miembros son hipnotizados para creer que han aterrizado en la comunidad de la infancia de su líder y se han reunido con familiares y amigos fallecidos, siendo envenenados por los marcianos.
El Coronel John Wilder lidera una tercera expedición y descubre que un virus de varicela llevado a Marte por las dos primeras expediciones ha casi erradicado a la población marciana.
Los colonos llegan a Marte para establecerse, incluyendo sacerdotes en busca de Dios, mientras un marciano solitario se hace pasar por las personas más deseadas de los colonos.
Una guerra global en la Tierra convierte al planeta natal del hombre en un desperdicio radioactivo, y la mayoría de los colonos regresan antes del holocausto. Wilder lucha por reunir a los humanos restantes en Marte, quienes enfrentan la soledad de diferentes maneras y se niegan a abandonar su parte de Marte.
Finalmente, Wilder se encuentra con un marciano del pasado o futuro, quien le revela el secreto de la vida marciana simple y lo convence de abandonar el estilo de vida terrestre.