En 1952, un semestre antes de que Ernesto "Fuser" Guevara termine su carrera de medicina, él y su amigo mayor Alberto Granado, un bioquímico, dejan Buenos Aires para viajar por Sudamérica. Aunque hay un objetivo al final de su viaje -pretenden trabajar en una colonia de leprosos en Perú-, el propósito principal es inicialmente la diversión y la aventura. Desean ver todo lo que puedan de América Latina, más de 14.000 kilómetros en sólo cuatro meses y medio, mientras que el propósito de Granado es también acostarse con todas las mujeres que caigan en sus frases para ligar. Su medio de transporte inicial es la destartalada motocicleta Norton 500 de Granado, bautizada como La Poderosa.

La ruta planeada es ambiciosa y les lleva al norte, a través de los Andes, a lo largo de la costa de Chile, a través del desierto de Atacama y en la Amazonía peruana, para llegar a Venezuela justo a tiempo para el 30º cumpleaños de Granado, el 2 de abril. Sin embargo, debido a la avería de La Poderosa, se ven obligados a viajar a un ritmo mucho más lento, a menudo a pie, y no llegan a Caracas hasta julio.

Durante su expedición, Guevara y Granado se encuentran con la pobreza de los campesinos indígenas, y la película adquiere una mayor seriedad una vez que los hombres adquieren una mejor percepción de la disparidad entre los "ricos" (a los que pertenecen) y los "pobres" obviamente explotados (que constituyen la mayoría de los que encuentran) al viajar a pie. En Chile, por ejemplo, se encuentran con una pareja sin dinero y perseguida, que se ve obligada a viajar por sus creencias comunistas. En una escena iluminada por el fuego, Guevara y Granado confiesan avergonzados a la pareja que ellos también están buscando trabajo. El dúo acompaña entonces a la pareja a la mina de cobre de Chuquicamata, donde Guevara se enfada por el trato que reciben los trabajadores.

Sin embargo, es una visita a las antiguas ruinas incas de Machu Picchu, en Perú, lo que solidifica algo en Guevara. Sus reflexiones se centran sombríamente en cómo una civilización indígena capaz de construir semejante belleza puede ser destruida por los creadores de la decadencia urbana, eventualmente contaminada, de la cercana Lima[5]. Sus reflexiones son interrumpidas por Granado, que comparte con él un sueño de revolucionar y transformar pacíficamente la Sudamérica moderna, a lo que Guevara replica rápidamente: "¿Una revolución sin armas? Nunca funcionará".

Más tarde, en Perú, trabajan como voluntarios durante tres semanas en la leprosería de San Pablo. Allí, Guevara observa, tanto literal como metafóricamente, la división de la sociedad, ya que el personal vive en la orilla norte de un río, separado de los leprosos desfavorecidos que viven al otro lado del río, al sur. Para demostrar su solidaridad, y su creencia médica de que la lepra no es contagiosa, Guevara se niega a llevar guantes de goma durante su visita, como exige la monja principal, y opta por estrechar las manos desnudas e interactuar normalmente con los sorprendidos pacientes leprosos.

Al final de la película, tras su estancia en la leprosería, Guevara confirma sus incipientes impulsos igualitarios y revolucionarios, mientras hace un brindis de cumpleaños, que es también su primer discurso político. En él, invoca una identidad panlatinoamericana que trasciende las fronteras arbitrarias de la nación y la raza. Estos encuentros con la injusticia social transforman la forma en que Guevara ve el mundo y sus propósitos en él, y por implicación motiva sus posteriores actividades políticas como revolucionario marxista.

Guevara realiza su simbólico "viaje final" por la noche cuando, a pesar del peligro y de su asma, cruza a nado el río que separa las dos sociedades de la leprosería, para pasar la noche en una choza de leprosos, en lugar de en las cabañas de los médicos. Más tarde, mientras se despiden en un aeropuerto, Granado le revela que su cumpleaños no fue el 2 de abril, sino el 8 de agosto, y que el mencionado objetivo fue simplemente un motivador: Guevara responde que lo sabía desde el principio. La película se cierra con una aparición del verdadero Alberto Granado, de 82 años, junto con imágenes del viaje real y una breve mención de la eventual ejecución del Che Guevara en la selva boliviana, asistida por la CIA en 1967.