District 9 se présente comme un reportage sur un homme, Wikus van der Merwe, employé de la MNU, agence chargée de la gestion des extraterrestres. Ceux-ci, surnommés « molusques », sont confinés dans un immense ghetto, le District 9, depuis une vingtaine d'années, date de leur arrivée sur terre à bord d'un immense vaisseau désormais en panne au-dessus de Johannesburg. Wikus van der Merwe, décrit comme peu intelligent, a été chargé par son beau-père, un important responsable de la MNU, de superviser l'évacuation des extra-terrestres vers un nouveau camp, à 200 km de la ville. Son rôle est de notifier aux extra-terrestres leur avis d'expulsion, sous la protection des troupes dirigées par le brutal colonel Koobus Venter.

Cependant, lors de l'opération, Wikus tombe par hasard sur le laboratoire clandestin d'un extra-terrestre, où il est confronté à un agent mutagène, qui fait de lui une ressource inestimable pour la MNU: en effet son ADN et celui des extra-terrestres fusionnent, il peut donc utiliser leurs armes au potentiel de destruction dévastateur. Pour échapper à la puissante compagnie, Wikus n'a d'autre option que de se cacher dans le District 9.