La historia de la serie parte del final de la séptima temporada y el inicio de la octava de Stargate SG-1. Un grupo de científicos, entre los que se encuentran el Dr. Daniel Jackson, la Doctora Elizabeth Weir y el Dr. Rodney McKay, están estudiando el puesto avanzado de los Antiguos que O'Neill descubrió al final de la séptima temporada. El Dr. Jackson consigue averiguar que pasó con Atlantis: los Antiguos se la llevaron a otra galaxia, Pegaso, y tiene la dirección de donde fueron. El problema es que abrir el Stargate a otra galaxia gasta mucha energía, por lo que es posible que sea un viaje sin retorno. Sin embargo, una expedición científico-militar, la Expedición Atlantis, capitaneada por la propia Weir, decide embancarse en la aventura y parte hacia la ciudad perdida de los Antiguos.