Para Bobby Darin (Kevin Spacey), actuar era su vida. Era lo que mantenía su corazón funcionando. En el escenario cobraba vida, aunque fuera de él estuviera a punto de dejar de latir. En Beyond the sea, Bobby nos cuenta su historia a través de su última y gran actuación.
Desde los siete años, Walden Robert Cassotto (el pequeño Bobby, interpretado por William Ullrich) sabe que la suerte no está de su parte. Las fiebres reumáticas han dejado secuelas permanentes en su corazón, y es muy posible que no llegue a los quince años. La familia de Bobby, su madre, Polly (Brenda Blethyn), su hermana mayor, Nina (Caroline Aaron) y el marido de ésta, Charlie (Bob Hoskins), se vuelca en cuidar de él. Por mucho que su frágil corazón condicione el mundo de Bobby, Polly, ex cantante, acerca a su pequeño a otro maravilloso mundo: la música. La música se convierte en el arma de Bobby contra el tiempo: no sólo canta, sino que también toca el piano, la percusión y la guitarra antes de llegar siquiera a la adolescencia. La música lo transporta a un mundo más allá del Bronx, y más allá de su enfermedad. La música es un mundo rítmico sin complicaciones, donde las parejas bailan al compás de su voz. Bobby tiene un objetivo en la vida, y ninguna enfermedad cardíaca va a impedir que lo lleve a cabo.
A los 20 años, Bobby trabaja en varios locales nocturnos acompañado de un protector grupo formado por su cuñado Charlie, su mejor amigo y mánager, Steve Blauner (John Goodman), y el director musical Dick Behrke (Peter Cincotti). El público no siempre responde, pero el rechazo no hace más que reforzar a Bobby, volviéndole más vanidoso y confiado. Bobby firma un contrato discográfico, pero sus primeros sencillos no tienen éxito. Cuando su carrera musical está a punto de irse a pique, Bobby escribe una canción en 20 minutos y la graba. «Splish Splash» se convierte en un éxito, encumbrando a Bobby Darin como el nuevo ídolo de adolescentes en los Estados Unidos.
Pero Bobby no quiere limitarse a un solo estilo musical, y tampoco le gusta hacer discos exclusivamente para adolescentes. Seguro de su capacidad para componer temas de éxito, insiste en grabar un álbum de corte clásico. La apuesta da resultado, y «Mack the Knife» convierte a Bobby en la estrella que siempre ha querido ser. Llega el momento para un nuevo reto: el cine.
Bobby viaja a Italia para interpretar un papel protagonista en Cuando Llegue Septiembre, junto a la famosísima estrella de cine Sandra Dee (Kate Bosworth). Bobby, que se vuelve loco por ella nada más conocerla, recurre a todos sus encantos para seducir a la inocente y joven actriz, a la que su ambiciosa madre, Mary (Greta Scacchi), tiene muy controlada. A pesar de las objeciones de Mary, Bobby y Sandy se casan y se mudan a una espectacular casa en Beverly Hills. Bobby sigue sacando discos de éxito y es la estrella del legendario Copacabana de Nueva York, alcanzando el sueño que él y su madre tanto ansiaban. En 1964 Bobby vuelve a saborear las mieles del éxito al optar a un Oscar por su trabajo en El Capitán Newman.
Para el público, Bobby y Sandy encarnan a la pareja perfecta de Hollywood. Pero la carrera de Sandy va decayendo y la agitadísima agenda de Bobby de rodajes, grabaciones y giras dificulta la relación. Su obsesión por la fama y la popularidad lo aíslan de la gente que realmente le quiere y que más cree que él.
Confuso y perdido, Bobby deja a Sandy a mediados de la década de 1960 e intenta dar un nuevo sentido a su vida involucrándose en actividades políticas y cambiando el oropel de Las Vegas por las canciones protesta contra la guerra y por la imagen hippie. Pero los fans, que quieren ver actuar al refinado artista de clubes nocturnos de siempre, dan la espalda al nuevo Bob Darin. Cuando la enfermedad que lo ha acompañado desde la infancia empieza a causar mella en él, Bobby recurre a sus amigos, su familia y su extraordinario talento para enfrentarse a sus demonios y volver al escenario aceptando quién es y lo que ha sido su vida.