该剧讲述了在1996年长三乙发射爆炸、卫星返回失利等接连打击下，一群青年航天科学家在老一辈专家的带领下，冲破重重障碍，攻破层层科研难关，获得一个又一个成功的故事。
上世纪90年代，中国面临世界高科技技术封锁和基础工业落后的双重困境。为带动国内高技术发展，在太空占有一席之地，党中央审时度势，适时启动载人航天、北斗导航等重大工程。方啸天、江遥、赵田田、乔南等一大批年轻有为的大学生怀揣着一朝飞天的航天梦想，来到航天研制部门报到，为正在研制的重大航天工程注入了新生力量。在顾年、李地丰、林泽等老一辈科研专家的带领下，大家发奋图强，完成了
载人飞船发射，实现了中华民族千年的飞天梦想。方啸天和江遥也在共事航天的过程中相识相恋。二人因工作分工不同，经常天各一方，聚少离多。在北斗频道资源争夺战中，大家夜以继日废寝忘食，终于完成北斗卫星发射，成功占据了太空频道资源和轨位。方啸天和江遥经历了一次又一次的误会与磨合，终于走到了一起。
2020年12月6日，该剧在北京航天城举办“梦想启程”发布会，正式宣布开机；12月9日，该剧奔赴
酒泉市开机，并去往
东风烈士陵园缅怀先烈。
2021年5月26日，第十二届中国卫星导航年会（CSNC2021）正在
南昌市举办，中国首部全景展现新时代航天事业电视剧《大国飞天》剧组也应邀出席并亮相。
2020年12月6日，《大国飞天》在北京航天城礼堂举行“梦想启程”主题开机发布会，12月28日，《大国飞天》在
酒泉市正式开机。
2021年4月24日，《大国飞天》正式发布航天日特辑。以热血磅礴的气势致敬航天先辈，传承航天精神，致敬中国航天人。5月，首部现代航天题材的电视剧《大国飞天》杀青。12月，《大国飞天》）剧方曝光一组三人关系海报——以方啸天为主的研究院中坚力量、李地丰院士为主的老一辈航天人以及江遥为主的女航天人。12月17日，电视剧《大国飞天》登陆
中央电视台综合频道黄金档。12月18日0：00全网平台更新上线，《问天》梦想主题曲《远航》MV同期发布，
阿云嘎为中国航天事业深情献唱。12月29日，《问天》发布了情感主题曲《飞过》和情感海报。