Plot film dimulai dengan prolog emosional yang mengisahkan kehidupan Carl Fredricksen, seorang pria tua yang pendiam dan penyendiri. Prolog ini memperlihatkan perjalanan hidup Carl bersama istrinya, Ellie, dari awal pertemuan mereka hingga akhir hayat Ellie. Momen-momen ini disampaikan melalui montase yang sangat menyentuh, menunjukkan kedekatan mereka, impian mereka, serta pencapaian dan kehilangan yang mereka alami. Montase ini sering kali dianggap sebagai salah satu urutan pembuka film terbaik yang pernah ada, karena kemampuannya menyampaikan banyak emosi dengan sangat sedikit kata.
Setelah Ellie meninggal, Carl merasa kesepian dan terjebak dalam rutinitas kehidupan sehari-hari yang monoton. Namun, dia bertekad untuk mewujudkan janji yang telah dia buat kepada Ellie: pergi ke Paradise Falls, sebuah tempat yang penuh dengan petualangan dan keindahan alam, seperti yang mereka impikan bersama. Untuk mewujudkan impian ini, Carl memutuskan untuk menerbangkan rumahnya yang sudah tua menggunakan ribuan balon helium.
Selama perjalanan ini, Carl tidak sengaja membawa Russell, seorang pengembara muda yang penuh semangat dari kelompok Pramuka, bersamanya. Russell, yang sedang mencari "penghargaan penjelajah" untuk mendapatkan kenaikan pangkat, menjadi teman perjalanan yang tak terduga bagi Carl. Keduanya memiliki karakter yang sangat berbeda: Carl yang cenderung keras kepala dan cynis, dan Russell yang ceria dan penuh rasa ingin tahu. Interaksi mereka membawa dinamika komedi dan drama yang menyentuh, menggambarkan bagaimana dua orang dari latar belakang yang sangat berbeda bisa saling belajar dan saling menginspirasi.
