Chernobyl conta a história da explosão que aconteceu na Usina Nuclear que dá nome ao título. Em 1986, na Ucrânia, o acidente dizimou dezenas de pessoas e acabou por se tornar o maior desastre nuclear da história. Enquanto o mundo lamentava o ocorrido, o cientista Valery Legasov (Jared Harris), a física Ulana Khomyuk (Emily Watson) e o vice-presidente do Conselho de Ministros Boris Shcherbina (Stellan Skarsgård) tentam descobrir as causas do acidente. Depois do devastador acidente, todos que tiveram contato direto com a radiação da usina sofreram terríveis efeitos colaterais desenvolvendo quemaduras e feridas por todo o corpo. Entre eles, o bombeiro Vasily (Adam Nagaitis), um dos primeiros a chegar no local do acidente. Sua esposa grávida, Lyudmilla (Jessie Buckley), também é exposta a altos níveis de radiação quando finalmente encontra o marido no hospital, em isolamento. Valery e Ulana enfrentam pessoas extremamente poderosas na tentativa de expor a negligência e descuido por trás do acidente.