아내가 죽은 뒤, 세상과 단절된 채 살아가던 칼 프레드릭슨. 자신과 아내의 추억을 가득 담은 집이 재개발 지역이 되자 더욱 더 세상에 냉소적으로 변한다. 어느 날 우연한 사건으로 양로원으로 떠나야 하는 입장에 처한 칼은 세계 여행을 떠나고 싶어했던 아내의 소원을 떠올리며 지붕에 풍선을 매달아 하늘로 날아오른다. 평화롭고 순조로운 여행길이라고 생각했던 칼 앞에 불쑥 나타난 어덟 살짜리 꼬마 탐험가 러셀..이제 두 사람은 전혀 예상하지 못했던 미지의 세계로 모험을 떠나게 된다.