A trama acompanha os Fabelmans, uma família judaica composta por Burt, um cientista metódico; Mitzi, uma pianista que abdicou de sua carreira pela família; e Sammy, o filho cujo olhar atento e imaginativo captura a essência do lar e dos mundos que ele inventa através de sua câmera. Mitzi, interpretada por Michelle Williams em um papel vibrante, vive o paradoxo entre o talento não realizado e a devoção à família. Já Burt, encarnado com sutileza por Paul Dano, simboliza a lógica e a estabilidade, contrastando com o espírito artístico de Mitzi.