La película comienza en Lituania, con una joven que empieza a pintar un retrato. A continuación, la historia se traslada a Imperial, Nebraska, donde Todd Burpo (Greg Kinnear) está instalando una puerta de garaje para un almacén. Además de ese trabajo, Todd es también el entrenador de lucha libre del instituto, bombero voluntario y pastor de la iglesia wesleyana local. Actualmente está de baja médica en la iglesia tras romperse una pierna en un partido de softball y padecer numerosos cálculos renales. A pesar de sus problemas económicos, la esposa de Todd, Sonja (Kelly Reilly), insiste en hacer un viaje familiar a Denver con sus hijos Cassie y Colton (Connor Corum, en su debut cinematográfico). En Denver, visitan un santuario de mariposas y arañas, donde Cassie sostiene una tarántula pero Colton tiene demasiado miedo. De camino a casa, tanto Cassie como Colton enferman. Días después, Cassie se ha recuperado, pero a Colton le sigue subiendo la fiebre. Lo llevan al hospital, donde los médicos les dicen a Todd y Sonja que el apéndice de Colton se ha roto y debe ser operado de urgencia. También les dicen a los Burpo que se preparen para lo peor. Mientras Colton está en la mesa de operaciones, Sonja llama a sus amigos para pedirles que recen mientras Todd está en la capilla del hospital. Allí, Todd le grita a Dios que ponga a prueba su fe haciéndole pasar por tanta miseria y que lo acepte, pero que intentar llevarse a su hijo es ir demasiado lejos. Más tarde, tras lo que los médicos describen como un milagro, Colton sobrevive a la operación y finalmente se recupera por completo.

Colton le dice a su padre que ya no tiene miedo de nada y que quiere sostener esa araña, así que Todd y Colton regresan a Denver para hacerlo. Después, están en un parque infantil y Todd le pregunta a Colton qué le ha hecho cambiar de opinión sobre la araña. Aquí es donde Colton revela por primera vez que fue al cielo y conoció a Jesús. Colton dice que dejó su cuerpo durante la operación, vio a sus padres en las dos habitaciones diferentes y fue a la iglesia. Entró en ella y vio la entrada al Cielo. Jesús viene entonces al lado de Colton y entran en el Cielo con las vistas y los sonidos de los ángeles cantando. Todd se queda atónito por lo que oye, y al volver a casa le cuenta a Sonja lo que ha dicho. Se dirigen a Colton y le preguntan si está seguro de que lo que vio fue el Cielo y Jesús. Colton dice que sí, y comienza a describir aspectos del Cielo que son bíblicos, como el caballo multicolor que Jesús montará el día de su regreso, y las heridas en las manos y los pies de Jesús. También le dice a Colton que todo estará bien y que ya no tiene nada que temer. Colton dice entonces que las fotos de Jesús que tienen en su casa no se parecen a él.

De vuelta al trabajo como pastor, Todd revela a la congregación lo que Colton le dijo, y pronto se corre la voz por todo el pueblo sobre el viaje de Colton al cielo. La familia es incluso entrevistada por el periódico local. Algunas personas del pueblo se muestran escépticas ante su historia, y Cassie incluso es molestada en la escuela por ello. Ella responde dando un puñetazo a los dos matones que se burlaban de Colton, de lo que Todd se entera más tarde, pero decide no castigarla. Mientras tanto, Todd tiene problemas para aceptar que su hijo haya ido al cielo, y pide consejo a sus amigos e incluso a un psicólogo sobre otras explicaciones. El psicólogo da una explicación científica sobre lo que ocurre cuando alguien está a punto de morir, y dice que Colton estaba alucinando. Sonja también tiene problemas para aceptar lo que dice Colton. Ella cree que él está combinando varias historias diferentes que ha escuchado a lo largo de su vida. En ese momento, la junta de la iglesia tiene una reunión con Todd, encabezada por la organista de la iglesia Nancy (Margo Martindale) y el anciano de la iglesia y mejor amigo de Todd, Jim (Thomas Haden Church). Le dicen que la historia de Colton podría dividir la iglesia y no pueden permitirlo. Su trabajo también podría estar en peligro si se produce la división.

Después de asistir al funeral de un hombre local que murió en un incendio, Colton le cuenta a su padre que conoció a Pop, el abuelo de Todd. De vuelta a casa, Todd saca una foto de Pop de viejo. Colton dice que no es eso lo que vio. Nadie en el Cielo es viejo ni lleva gafas. Todd encuentra entonces una foto más antigua de Pop de joven y sin gafas, y Colton dice que ese es el hombre que vio. Como Colton nunca había visto una foto de Pop, Todd empieza a creer finalmente que Colton no estaba alucinando lo que vio. Más tarde, Colton le cuenta a Sonja que conoció a su otra hermana en el cielo, la que Sonja abortó hace años. La describió como parecida a Cassie, pero un poco más baja y con el color de pelo de su madre. Como ni Sonja ni Todd le contaron nunca a Colton lo de su aborto, ahora están convencidos de que sí fue al Cielo.

Para entonces, la historia de Colton se está convirtiendo en una noticia nacional, y Todd es emboscado por una llamada telefónica de una emisora de radio que le pregunta en antena si la historia de Colton es cierta. Todd responde diciendo que quien quiera saberlo debe acudir a su iglesia el próximo domingo. Pero antes de que eso ocurra, Todd va al cementerio a colocar flores en una tumba. Es la tumba del hijo de Nancy que murió en Afganistán hace varios años. Nancy ve a Todd en el cementerio y tienen una charla. Ella le dice a Todd que se está convirtiendo en la mujer amargada en la que juró no convertirse nunca y que no está enfadada con Todd, sino con Dios por permitir que su hijo viva y el suyo muera. Todd le dice que Dios no lo ama más que a ella y que hay una razón por la que Dios permitió que Colton regresara. Nancy y Todd se abrazan entonces y ella da a entender que su trabajo está a salvo.

Ese domingo, frente a una casa llena, Todd cuenta lo que la familia ha pasado desde la operación. Con la congregación casi llorando, proclama que realmente cree que su hijo fue al cielo. Sonja se levanta y abraza a Todd, seguida por sus hijos y luego por toda la congregación. Las escenas finales muestran a los Burpo en casa. Todd está viendo un reportaje sobre una chica del otro lado del mundo que tuvo una experiencia similar a la de Colton. Se trata de la joven lituana del principio de la película, y ha pintado un retrato de Jesús que no se parece a ningún otro cuadro de Él. Colton ve el cuadro y se queda boquiabierto. Le dice a su padre que ese cuadro es del Jesús que vio en el cielo.

La película termina con créditos que dicen que Todd sigue siendo el pastor de la iglesia en Nebraska, que los Burpo han tenido otro hijo y que Colton es ahora un adolescente, pero Cassie dice que no es un ángel.