Milieu des années 60: les Beach Boys n'ont jamais été aussi populaires et Brian Wilson (Paul Dano et John Cusack), leur charismatique leader, veut révolutionner la musique et dépasser les Beatles sur le plan créatif. Malgré les membres du groupe qui trouvent le projet trop original, Brian s'entête à fignoler l'album Pet Sounds, ce qui provoque son lot de conflits pendant les séances d'enregistrement. Quelques décennies plus tard, divorcé et fortement médicamenté par l'envahissant docteur Eugene Landy (Paul Giamatti), Brian retrouve le bonheur grâce à l'amour de Melinda Ledbetter (Elizabeth Banks), une vendeuse de voitures. Ensemble, ils pourront peut-être vaincre les démons qui hantent le chanteur depuis sa tendre enfance. Derrière les mélodies irrésistibles des Beach Boys, il y a Brian Wilson, qu’une enfance compliquée a rendu schizophrène. Paul Dano ressuscite son génie musical, et John Cusack ses années noires, et l’histoire d’amour qui le sauvera.