La science-fiction, ou SF, a pour ancêtre le plus direct le récit d'anticipation de la fin du XIX^e s., dont les deux représentants majeurs sont J. Verne (qui a prévu de nombreuses inventions et la conquête de la Lune) et H. G. Wells (la Machine à explorer le temps). Elle est ainsi contemporaine de la révolution scientifique et industrielle. Né aux États-Unis, le genre a connu un essor énorme et populaire dès les années 1920 avec la floraison de magazines bon marché, mais c'est surtout après la Seconde Guerre mondiale et l'émergence du danger atomique qu'il a pris une place considérable dans la littérature anglo-saxonne (avec notamment l'écrivain R. Bradbury, le biochimiste I. Asimov, A. C. Clarke, A. Huxley, G. Orwell, P. K. Dick, J. G. Ballard, M. Moorcock). En France, le premier à aborder le genre est R. Barjavel (Ravage), suivi notamment de R. Merle et de P. Boulle. À travers les thèmes de la conquête de l'espace, de la rencontre avec des civilisations extraterrestres, du voyage dans le temps, du pouvoir des machines (robots et ordinateurs), des manipulations génétiques, la science-fiction nous amène, comme son ancêtre l'utopie, à regarder autrement le présent de notre planète.

Issue du cinéma fantastique, la science-fiction emploie des modes narratifs variés : utopie, féerie scientifique, film catastrophe, politique-fiction... Dans les années 1920-1930, le cinéma expressionniste allemand lui donne ses premières œuvres significatives comme le Cabinet du docteur Caligari (R. Wiene, 1919), Metropolis (1927) et la Femme sur la Lune (1929), de F. Lang.

Aux États-Unis naît, dès les débuts du parlant, une importante production, divisée entre deux influences : celle de l'expressionnisme allemand associé aux sources littéraires (Frankenstein, Docteur Jekyll et Mister Hyde), et celle des bandes dessinées populaires (Dick Tracy, Flash Gordon). La Seconde Guerre mondiale et la guerre froide qui s'ensuit renouvellent les thèmes (l'horreur atomique, la conquête de l'espace), faisant des années 1950 une période féconde en films de SF. Dans les années 1960, trois films revitalisent le genre (le Voyage fantastique, de R. Fleischer, 1966 ; la Planète des singes, de F. J. Schaffner, 1967 ; 2001, l'Odyssée de l'espace, de S. Kubrick, 1968), contenant en germe toute la production à venir et, par les exigences dans la qualité des effets spéciaux, faisant de la SF le terrain privilégié des nouvelles techniques cinématographiques (trucages optiques, images, dites virtuelles, conçues par ordinateur). Parmi ces réalisations : la Guerre des étoiles (G. Lucas, 1977), Rencontres du troisième type (S. Spielberg, 1977), Alien (R. Scott, 1979), Tron (S. Lisberger, 1982). Dune (D. Lynch, 1984), Retour vers le futur (R. Zemeckis, 1985), l'Armée des douze singes (T. Gilliam, 1995), Bienvenue à Gattaca (A. Niccol, 1999), Matrix (A. et L. Wachowski, 1999), X-Men (B. Singer, 2000), Minority Report (S. Spielberg, 2002), Avatar (J. Cameron, 2009), Interstellar (C. Nolan, 2014), Blade Runner 2049 (D. Villeneuve, 2017).