Ascension tar avstamp i ett hemligt amerikanskt rymduppdrag under tidigt 1960-tal. Hundratals män, kvinnor och barn skickas iväg på en sekellång resa ombord på rymdskeppet USS Ascension, för att skapa en ny värld. Halvvägs genom resan, när de närmar sig punkten utan återvändo, sker ett mystiskt mord på en ung kvinna. Mordet leder till att skeppets befolkning börjar ifrågasätta den sanna naturen av sitt uppdrag.