La película comienza mostrando la vida de Carl Fredricksen, un niño que un día volviendo del cine conoce a una alocada niña, Ellie, que acabaría siendo su esposa. Los dos eran grandes fans del aventurero Charles Muntz que tuvo que volver a Cataratas Paraíso tras ser tachado de mentiroso al encontrar el fósil de un ave desconocida (los paleontólogos aseguraban que había creado el fósil juntando restos de diferentes aves). Desde pequeña Ellie deseaba ir a vivir a Cataratas Paraíso y Carl le prometió que un día viajarían allí juntos. Carl y Ellie fueron ahorrando dinero a lo largo de los años para viajar a Cataratas Paraíso pero siempre ocurría un improvisto y tenían que gastar ese dinero. Carl y Ellie se hacían mayores y seguían sin poder viajar a Cataratas Paraíso y un día Ellie calló enferma y finalmente murió dejándole a Carl el libro de aventuras que guardaba desde su niñez.
Años más tarde una empresa constructora comenzó a edificar alrededor de la casa de Carl, cosa que no le hacía ninguna gracia, y le ofrecieron dinero por su casa pero éste nunca aceptó. Un día los constructores tumbaron el buzón que él y Ellie construyeron, Carl enfadado hirió a uno de los constructores, un juez lo consideró una amenaza y ordenó que le quitaran la casa y lo metieran en un asilo. Al día siguiente cuando fueron a su casa a recogerlo aparecieron de repente unos globos por la chimenea y la casa se fue volando con el anciano asomándose por la ventana sonriendo. Ya en el aire alguien llamó a la puerta y cuando la abrió descubrió a un joven explorador, Rusell, que días antes le había ofrecido su ayuda.
Juntos viajan hasta Cataratas Paraíso donde encuentran un ave al que Russell llama Kevin y un perro hablador llamado Dug que tenía como misión buscar el ave y capturarla. Carl quiere darse prisa porque quiere dejar la casa en el lugar donde su esposa quería antes de que los globos de helio se deshinchan, pero ahora lleva como lastre a Kevin y Dug. A la mañana siguiente el resto de perros aparecen y se llevan a Carl y Russell ante su amo, Charles Muntz, que todavía seguía buscando el ave en Cataratas Paraíso. Charles les invita a cenar y Carl le cuenta su historia, pero cuando Russell dice que han visto el ave Charles piensa que quieren llevársela y quitarle el mérito y ordena a los perros que los atrapen, pero Carl y Russell consiguen huir con Kevin y Dug. En la huida Kevin resulta herido y al curarlo descubren que es hembra y que está buscando a sus crías. Tras mucho insistir Russell convence a Carl y juntos llevan a Kevin hacia sus crías pero Charles lo atrapa antes y se lo lleva en su dirigible: El Espíritu de la Aventura. Tras una pequeña discusión Russell coge unos globos y vuela hacia el dirigible y cuando Carl se da cuenta tira todos los muebles de su casa para reducir peso y vuela hacia el dirigible, donde encuentra a Russell atado a una silla.
Tras rescatar a Russell y a Kevin con la ayuda Dug se disponen a volver a la casa, pero de repente aparece Charles con una escopeta e intenta matar a Carl y a Kevin, pero finalmente cae del dirigible y con él cae también la querida casa de Carl. Al final de la película Russell recibe la medalla de ayudar a los mayores en presencia de Carl y juntos se van a comer un helado con Dug a la esquina de la calle (cosa que Russell hacía con su padre, pero que ahora no podía hacer porque siempre estaba ocupado) sobre ellos se encuentra el Espíritu de la Aventura (la nueva casa de Carl).
La última imagen de la película es la de la casa de Carl en Cataratas Paraíso, haciendo ver que Ellie aún vive allí.