Carl Fredricksen, un vieil homme grincheux, mais au grand cœur, vit seul dans sa petite maison, entourée d’immeubles en construction. Ancien vendeur de ballons, il rêve depuis toujours de partir pour l’Amérique du Sud afin de réaliser la promesse faite à sa défunte épouse, Ellie : explorer les magnifiques chutes.
Pour échapper à l’expulsion, Carl attache des milliers de ballons à sa maison et s’envole vers l’aventure. Mais il découvre rapidement qu’il n’est pas seul à bord : Russell, un jeune scout plein d’énergie et d’innocence, s’est glissé dans le voyage par accident.
Ensemble, ils vont vivre une aventure extraordinaire, peuplée d’oiseaux géants, de chiens parlants et de souvenirs émouvants. Au fil du voyage, Carl comprendra que la véritable aventure n’est pas seulement celle que l’on vit au bout du monde, mais celle que l’on partage avec les autres.