Dans les années 1920 à Hollywood, le jeune Manny est engagé comme assistant sur un film à gros budget. Le film a en tête d'affiche une star du cinéma muet, Jack Conrad, et une jeune actrice plein de talent. Tous ont de l'ambition.

La NASA veut envoyer un homme sur la lune. Cette épopée se situe entre 1961 et 1969 et a pour héros Neil Armstrong, le premier astronaute à avoir marché sur la lune. Son engagement a des répercussions sur sa vie familiale.

A Los Angeles, Mia voudrait être actrice, mais n'est pas choisie lors des castings, et Sebastian, pianiste de jazz, se fait licencier du club miteux où il joue. Mia et Sebastian se rencontrent dans un embouteillage.

Un étudiant en première année du conservatoire Shaffer à New-York est repéré par le professeur Fletcher, qui lui propose d'intégrer son orchestre, composé des meilleurs élèves. Fletcher est un professeur redouté, aux méthodes agressives.