Lars Lindstrom lleva una vida apartada en un pequeño pueblo de Wisconsin. Su madre murió cuando él nació, lo que provocó que su desconsolado padre fuera un padre distante para Lars y su hermano mayor, Gus. Gus abandonó el pueblo en cuanto pudo mantenerse, y regresó sólo para heredar su mitad de la casa cuando su padre murió. Como adulto incómodo, Lars se siente culpable de que su nacimiento coincida con la muerte de su madre y busca resolver estos sentimientos conflictivos de amor y pérdida.

La herencia se ha dividido entre los hermanos: Lars vive en el garaje reconvertido, mientras que Gus y su mujer embarazada Karin viven en la casa propiamente dicha. Lars es patológicamente tímido; interactuar o relacionarse con su familia o sus compañeros de trabajo le resulta muy difícil. A una compañera de su trabajo en la oficina, Margo, le gusta, pero Lars es impermeable a los intentos de Margo de ser amable.

Una noche, Lars anuncia alegremente a Gus y Karin que tiene una visita que ha conocido por Internet, una misionera en silla de ruedas de ascendencia brasileña y danesa llamada Bianca. La pareja se sorprende al descubrir que Bianca es en realidad una muñeca realista que Lars encargó en un sitio web para adultos. Lars trata a la muñeca como si fuera un ser humano vivo y pregunta si Bianca puede quedarse en la habitación de invitados de Gus y Karin, ya que ella y Lars son religiosos y no quieren que se escandalice su relación. Gus y Karin le siguen la corriente a la ilusión de Lars, pero, preocupados por su salud mental, también convencen a Lars para que lleve a Bianca con él a Dagmar, un médico de familia que también es psicólogo. Mientras Dagmar diagnostica a Bianca una baja presión arterial, insta a Lars a acudir con Bianca a tratamientos semanales, durante los cuales Dagmar intentará analizar a Lars y llegar a la raíz de su comportamiento. Dagmar explica a Gus y a Karin que el delirio de Lars es una manifestación de un problema subyacente que debe ser abordado, y que deben ayudar en la terapia de Lars continuando con el tratamiento de Bianca como si fuera una mujer de verdad. Durante este tiempo, Margo ha empezado a salir con otro compañero de trabajo, lo que molesta en silencio a Lars.

Finalmente, Lars presenta a Bianca como su novia a sus compañeros de trabajo y a varios habitantes del pueblo. Los habitantes del pueblo, comprensivos con Lars, reaccionan ante la muñeca como si fuera real, y Bianca no tarda en participar en programas de voluntariado, en recibir un cambio de imagen de la esteticista local y en trabajar a tiempo parcial como modelo en una tienda de ropa. Gracias a la aceptación de Bianca por parte del pueblo, Lars se relaciona más con la gente. Cuando Margo le revela a Lars que ha roto con su novio, éste acepta ir a la bolera con ella mientras Bianca asiste a una reunión del consejo escolar. Los dos pasan una velada agradable, aunque Lars se apresura a recordar a Margo que nunca podría engañar a Bianca. Ella responde que nunca esperaría eso de él y le dice que espera encontrar algún día un hombre tan fiel como él.

Lars también le pregunta a Gus cuándo supo que se había convertido en un hombre y qué significa ser un hombre. Gus dice que lo supo cuando empezó a hacer las cosas correctas por las razones correctas, incluso cuando le dolía. Gus da varios ejemplos, entre ellos el de su padre, que los mantenía y cuidaba, aunque no supiera cómo hacerlo. Gus dice que nunca debería haber dejado a Lars a solas con su padre y se disculpa por haber sido egoísta. Su conversación parece llegar a Lars y su dependencia de Bianca empieza a cambiar.

Una mañana, Lars descubre que Bianca no responde y la llevan al hospital en ambulancia. Su pronóstico no es bueno y Lars anuncia que a Bianca le gustaría que la llevaran a casa. La noticia de su enfermedad se extiende por el pueblo y todas las personas cuya vida ha sido tocada por Bianca llevan flores o comida a la casa de los Lindstrom. Gus y Karin sugieren que Lars y Bianca se unan a ellos para visitar el lago. Cuando Gus y Karin regresan de la excursión, descubren a un abatido Lars en el lago con una "moribunda" Bianca, después de que Lars le diera un beso de despedida. La relación nunca fue sexual, y fue la forma que tuvo Lars de liberarse de la culpa por la muerte de su madre (amada).

Bianca recibe un funeral en toda regla al que asiste la gente del pueblo. Después de enterrar a Bianca, Lars y Margo se quedan en la tumba. Una vez superados los traumas del pasado, preparados para aceptar las responsabilidades de los adultos y llenos de una nueva confianza en sí mismos, Lars le pregunta a Margo si quiere dar un paseo con él, lo que ella acepta encantada.