故事的开始，是西西里岛一个小镇，叫吉安卡多。小镇里所有人，从神父到面包师，从老兵到顽童，都只有一个共同的爱好——去镇上唯一的那家电影院。它叫"天堂电影院"。一个叫多多的小男孩，黑眼睛，瘦小，老是想偷偷溜进放映室。放映师阿尔弗雷多——一个秃头的胖大叔——一开始把他赶出来，后来拗不过他的眼神，索性教他怎么换胶片、怎么对光。两个人从此成了忘年交。
这部电影是写给电影本身的，可它的核心，是一段藏在胶片底下的爱情。多多十六岁那年，遇见了一个姑娘——艾莲娜，城里来的，金发碧眼，是当地银行家的女儿。他第一次看见她，是在自己拍的家庭录像里——他无意把摄像机对准放学的人群，回来在放映室一帧一帧倒带，把那个女孩的脸记下来。从此他天天站在她家窗下、雨里、教堂门口等她。整整 99 天，他守在她楼下，到第 100 天的雨夜，她终于走出门，撑着伞，对他笑了一下。
他们偷偷地恋爱。在天堂电影院的放映室里、在镇外的麦田里、在海边发霉的石头堤上。可她父母不同意，要让她转学到外地。她答应他暑假回来。多多每天去她家门口等，可她家搬空了。她寄到他家的信被她父亲半路截下，他写的信被退回来。阿尔弗雷多看着他每天颓然回到放映室，最后递给他一张去罗马的火车票。老人对他说："这地方留不住你，你必须走，不能留下，不能回头看，更不能给我写信。如果你心软，我也会被你拽回来的。"——他把火车上的他推开，自己用力闭上了眼。
多多去了罗马，成了一名功成名就的电影导演。他三十年没有回过家乡，整整三十年没和母亲、爱人、阿尔弗雷多见过面。直到母亲打来电话——阿尔弗雷多去世了。他终于回到那个小镇，参加葬礼。镇上的人都老了，他童年的伙伴们都成了胖大叔。葬礼后，他被告知，阿尔弗雷多留给他一卷胶片，没人知道里面是什么。
他回到罗马的私人放映室，独自一人放那卷胶片。屏幕亮起。他愣住了——是阿尔弗雷多用一辈子的时间，把所有他年轻时被神父禁止上映、剪掉的"吻戏"，一段段拼接而成的胶片。男人吻女人，女人吻男人，士兵吻护士，母亲吻孩子——足足十几分钟，世界上所有最完整的、被剪掉的爱，都被一个老放映师，留给了他。他在黑暗里坐着，眼泪不停地流。原来他爱过的、错过的、走丢的、未说完的，那个秃头老人都看见了，都替他保留下来了。