Cuenta la historia de dos vaqueros (uno trabaja en un rancho y el otro en rodeos) que se conocen en el verano de 1963 y que sienten una atracción mutua. Esta unión, llena de complicaciones, alegrías y tragedia, prueba la fuerza y el poder del amor.

Acaba de amanecer en Signal (Wyoming); Ennis Del Mar (Heath Ledger) y Jack Twist (Jake Gyllenhaal) se conocen mientras hacen cola para pedir trabajo a Joe Aguirre (Randy Quaid), el ranchero del pueblo. El mundo de Ennis y de Jack está cambiando con rapidez, sin embargo, parece no evolucionar. Ambos jóvenes tienen muy claro el futuro que desean: conseguir un trabajo fijo, casarse y tener hijos. Sin embargo, algo en su interior les hace buscar algo más. Joe Aguirre les manda de pastores a la majestuosa Brokeback Mountain y, poco a poco, lo que empieza como amistad se convierte en algo más profundo.

A finales de verano, no queda más remedio que bajar de la montaña y separarse. Ennis se queda en Wyoming y se casa con Alma (Michelle Williams), su novia de siempre, con la que tendrá dos hijas mientras se gana la vida a duras penas. Jack ha vuelto a Tejas y enamora a Lureen Newsome (Anne Hathaway), la reina del rodeo. Se casan, tienen un hijo y Jack trabaja en los negocios del padre de su mujer.

Transcurren cuatro años. Un buen día, Ennis recibe una postal de Jack que viene a Wyoming. Ennis le espera impaciente y, cuando por fin llega, les basta un segundo para darse cuenta de que el cariño que sienten el uno por el otro ha aumentado con el tiempo. En los años siguientes, Ennis y Jack luchan por su unión secreta. Se ven varias veces al año, pero cuando no están juntos, se enfrentan a la eterna cuestión de la fidelidad, de la entrega y de la confianza. La única constante en su vida es una fuerza de la naturaleza, el amor.