Профессор Александр Хартдеген, одержимый идеей управлять временем, создает уникальное устройство и отправляется в прошлое с целью защитить свою любимую от роковой пули. Но вмешательство в ход истории оказывается невозможным: попытка спасти невесту рушит естественный баланс и не изменяет исход. В итоге учёный оказывается не там, где был намерен, а в далёком будущем, где планета изменилась до неузнаваемости. После тяжёлого ранения и общего краха памяти он едва может понять, как его изобретение вообще могло донести его до столь удивительной эпохи. Машина, которую он изобрёл, ускользнула от контроля и перенесла его через бесчисленные эпохи, подвергнув земле испытаниям, разрушениям и неожиданному прогрессу. Он сталкивается с загадочными обитателями и пейзажами, которые ставят под сомнение всю его жизнь и научную страсть. Теперь Хартдеген должен разглядеть смысл своей мечты и найти путь обратно к себе и к тем, кого он пытался спасти, если такая возможность вообще существует. Его путешествие ставит под сомнение природу времени и цену науки. Он ищет сигнал прошлого и будущего, чтобы понять, можно ли вернуть утраченное. Однако каждое мгновение пребывания в неизведанных эпохах учит его беречь судьбу, а не ломать ее.
После того как режиссёр Саймон Уэллс вынужден был прервать свою работу над проектом из-за крайнего переутомления, заменить его на оставшиеся 18 дней съёмок был специально приглашён Гор Вербински. Саймон Уэллс вернулся к своим обязанностям уже на стадии пост-продакшна.
Режиссёр Саймон Уэллс приходится правнуком знаменитого писателя-фантаста Герберта Уэллса, который написал одноимённый роман, ставший основой фильма.
Изначально Вокс должен быть роботом, однако, практически одновременно с «Машиной времени» снимался «Искусственный разум» Стивена Спилберга, в котором были задействованы роботы очень схожие по дизайну. Только после того как пришлось отказаться от всех возможных вариантов, художнику-постановщику Оливеру Шоллю пришла в голову идея сделать этот персонаж голограммой.
Первоначально премьера фильма была запланирована на декабрь 2001 года, но трагические события 11 сентября 2001 года внесли свои коррективы. Одна из сцен фильма изображала футуристические небоскрёбы в Нью-Йорке, на которые обрушивается метеоритный дождь из обломков Луны, и продюсеры посчитали, что такой вид может напомнить зрителям о недавней террористической атаке на башни-близнецы Всемирного торгового центра.
Алан Янг, который играл роль Филби в фильме 1960 года, появляется в камео в качестве владельца цветочного магазина.