Nous sommes en 2417, et l'Union Planétaire promeut Ed Mercer au grade de capitaine du vaisseau d'exploration U.S.S. Orville. L'enthousiasme d'Ed pour son nouveau poste est tempéré lorsque son ex-femme, Kelly Grayson, est nommée son second. Lors de leur première mission de routine, l'équipage de l'Orville tombe dans une embuscade tendue par les Krill, une race extraterrestre féroce, bien décidée à s'emparer d'un appareil capable d'accélérer le temps.