La vida de Sara y Brian Fitzgerald, la de su pequeño hijo y la de Kate, su hija de dos años de edad, quedarán alteradas para siempre al enterarse de que Kate tiene leucemia. La única esperanza de los padres es tener otro niño para salvar la vida de Kate. Para algunas personas, estos temas de ingeniería genética generan preguntas morales y éticas; para los Fitzgerald, y para Sara en particular, no existe ninguna otra opción sino hacer todo lo que se pueda para asegurar la vida de Kate. Y lo que sea es Anna.

Kate (Sofía Vassilieva) y Anna (Abigail Breslin) comparten una relación aún más cercana que la de la mayoría de las hermanas. Aunque Kate es mayor, ella confía en su joven hermana; de hecho, su vida depende de Anna.

A lo largo de sus jóvenes vidas, las hermanas pasan por diversos procedimientos médicos y estancias en el hospital, lo que no es sino una parte de la vida de una familia unida. Sara (Cameron Diaz), esposa y madre abnegada que deja su carrera como abogado para cuidar a su hija, a veces se siente perdida dentro del papel que ha tomado en su esfuerzo por salvar a Kate. Su marido, de gran fortaleza y apoyo moral, Brian (Jason Patric), a menudo se vuelve totalmente pasivo ante la fuerza y la determinación de su esposa. Y el único hijo varón que tienen, Jesse (Evan Ellingson), queda ocasionalmente relegado a un segundo plano ya que Kate y Anna ocupan el centro de todo.

Hasta que Anna, que ahora tiene 11 años de edad, dice no. En busca de emancipación médica, contrata a su propio abogado (Alec Baldwin), e inicia un proceso legal que divide a familia… y que podría dejar rápidamente al débil cuerpo de Kate en manos del destino.

Basada en la exitosa novela de Jodi Picoult, "My Sister's Keeper" revela las sorprendentes verdades que desafían nuestras propias percepciones acerca del amor y de la lealtad en la familia y dan un nuevo significado a la definición de curación.