Carl Fredricksen a toujours rêvé d’une grande aventure. Il décide enfin de réaliser son rêve lorsqu’il attache des milliers de ballons à sa maison et s’envole pour l’Amérique du Sud. Il découvre bientôt qu’il n’est pas seul alors qu’un explorateur de la nature de 8 ans nommé Russell s’est accidentellement rangé pendant le voyage. À leur arrivée, ils découvrent une terre plus étrange que tout ce qu’ils auraient pu imaginer où le plus grand danger vient du héros d’enfance de Carl, l’explorateur Charles F. Muntz. Lorsque Muntz capture Russell, Carl risque tout pour le sauver et les ramener tous les deux sains et saufs à la maison.