电影冲上云霄将故事置于往返蓝天的航班之上，描绘三段交错展开的爱情。富家公子Branson张春亮（古天乐 饰）接替父亲成为天颂航空CEO，并在一次飞行中重遇前任女友潘家诗（佘诗曼 饰）。两人始终保持着若即若离的关系，在靠近与疏远之间反复拉扯。
时尚张扬的女艺人谭梦（郑秀文 饰）受邀为天颂航空拍摄宣传片，个性鲜明的飞行技术总监唐亦琛（吴镇宇 饰）与她共同参与拍摄。两人性格直接，初次相处便火药味十足，却在一次次争执中逐渐发现彼此的吸引力。
另一边，为追求更高报酬而离开天颂航空的机师顾夏阳（张智霖 饰），意外遇见行事张狂的薛健雅（郭采洁 饰）。性格几乎毫无交集的两人，由相遇开始发展出一段意想不到的故事。三对男女，三段各具波折的恋情，共同交织成这部根据香港电视广播有限公司同名电视剧改编的作品。
