Сюжет Homeworld: Deserts of Kharak разворачивается за 106 лет до событий оригинальной части. Орбитальный спутник засекает в глубине Пустыни «главную аномалию».
Северная Коалиция снаряжает исследовательскую экспедицию к «объекту», однако та бесследно исчезает вместе с авианосцем. Спустя несколько лет Коалиция снаряжает экспедиторов уже пятью авианосцами. По мнению их ученых, аномалия единственное, что может вернуть к жизни увядающие земли и жителей Кхарака. В одночасье попыткам исследовать аномалию жители Северной Коалиции сталкиваются с набегами гаалсиенов – религиозно настроенных изгнанников, которые намерены помешать изучению «объекта».
Из-за уничтожения военных баз и авианосцев экспедиция отменяется. Однако главная героиня – научный офицер и сестра старпома в первой экспедиции Рэйчел С’джет – не намерена сдаваться. Ей предстоит разгадать тайну аномалии, найти брата и противостоять клану гаалсиенов.
Вы передвигаетесь на авианосце, способном собирать ресурсы и давать достойный отпор противникам. Жизнь вашего экипажа зависит от количества найденных ресурсов, поскольку вы полностью отрезаны от цивилизации. Геймплей типичен для стратегий в реальном времени. В отличие от прошлой части, сюжет Homeworld: Deserts of Kharak делает акцент на главных персонажах и раскрытии их историй.