电影将以上世纪1950和1980年代的双时间轴呈现，故事以张云林（张艾嘉饰）为核心开始，观众将看到以倒叙手法回忆1950年代年轻的张云林（李心洁饰）在二次世界大战后的生活。妹妹张云红（林宣妤饰）的过世使张云林陷入罪恶感之中，此时，她也遇见了日本籍园艺师中村有朋（阿部宽饰），协助她打造纪念花园，并开启一段揪心的爱情故事。

在人生最最纯然且充满想象力的几年里，13岁的小女孩谢欣美（徐娇饰）都与爷爷（曾江饰）在深山里度过。古朴的小木屋和静寂迷人的夜空，是她记忆深处最遥远和笃定的依恋。可是终于有一天小美要离开这里，她随着爸爸（庾澄庆饰）妈妈（刘若英饰）回到城市生活。繁华的都市五光十色，却无法带给她些许的归属与感动。与小美有着类似地感受的是频繁随着父母搬家与转学的男孩周宇杰（林晖闵饰），相似的境遇与心境让他们走到一起，成为最要好的朋友。某一天，小美的爸爸妈妈选择分手，而她也终于决定回到深山，带着她的好朋友小杰，一同去仰望那久违已久的星空……本片根据著名绘本画家几米的同名原著改编。