Sinopsis film "Z for Zachariah" akan berlatarkan kejadian setelah perang nuklir. Seorang gadis muda bernama Ann Burden (Margot Robbie) harus berusaha bertahan hidup sendirian dan dia mulai berpikir mungkin dia menjadi wanita terakhir di Bumi. Suatu hari, Ann bertemu dengan manusia yang lain bernama Loomis (Chewitel Ejiofor).

Pria ini adalah seorang ilmuan yang hampir gila dan putus asa untuk bisa menemukan manusia yang lain. Pada akhirnya mereka hidup bersama dan menjalankan kehidupan mereka dengan bahagia. Hingga Ann bertemu dengan Caleb (Chris Pine), seorang pria misterius yang telah mengganggu hubungan Ann dengan Loomis.