Inspiré de la jeunesse de Steven Spielberg, le film suit le jeune Sammy Fabelman (Gabriel LaBelle), qui grandit dans l'Amérique de l'après-guerre et se découvre une passion dévorante pour le cinéma. Entre une mère artiste (Michelle Williams) et un père ingénieur (Paul Dano), il comprend peu à peu que la caméra révèle aussi les secrets de sa famille.