Carl Fredricksen es un viejo ex vendedor de globos, a quien unos constructores presionan para que les venda su casa. El viejo no quiere, pues le trae muchos recuerdos de Ellie, su difunta esposa. Cuando al fin consiguen que Carl tenga que abandonar su hogar para ir a un asilo, él huye amarrando miles de globos a su casa, que la convierten en una especie de gran dirigible. El destino de Carl es Cataratas del Paraíso, en Suramérica, un bellísimo y exótico paraje al que desde niños quisieron viajar con su esposa; sueño que nunca pudieron cumplir.
Con lo que no contaba Carl es que Russell, un molesto niño explorador de ocho años, se sube por error a su casa para ayudarlo "a cruzar la calle" y así obtener la insignia de ayuda a los ancianos del club de exploradores al que pretenece.
Después de un viaje accidentado aterrizan cerca de Cataratas del Paraíso, pueden ver la hermosa catarata, pero un gran abismo los separa de ella. Kevin propone bordear el precipicio, arrastrando la casa, pues esta ya no puede volar muy alto. Empiezan entonces a caminar con la casa a cuestas. En su camino Russell se hace amigo de Kevin, una extraña ave, que unos feroces perros persiguen. Al fin los atrapan a todos y los perros los llevan a un gigantesco y antiguo dirigible donde vive su amo, Charles Munzt. Él es un viejo explorador que lleva muchos años buscando a Kevin para probar a la comunidad científica que esta extraña ave existe.
Cuando Carl se da cuenta de las intenciones del explorador, ayuda a escapar a Kevin; pero Muntz lo pone en un dilema: salvar su casa o ayudar al ave. Fredricksen opta por su casa y la lleva al lado de la gran cascada. Allí se sienta a ver el viejo álbum de aventuras de Ellie y se da cuenta de que debe superar la muerte de su esposa.
Entre tanto, Russell se molesta con Carl y huye con la intención de rescatar a Kevin, que está atrapado en el dirigible del explorador. Entonces, Carl bota muchas cosas de su casa, la hace más ligera para elevarla de nuevo y perseguir a Muntz. Ocurre un emocionante enfrentamiento aéreo contra Munzt y sus perros, en el que al final el cazador muere. Kevin queda en libertad, y Russell y Carl regresan a la ciudad. Allí el niño recibe su medalla de manos del viejo Carl y se convierten en grandes amigos.
