《天堂电影院》讲述了意大利南部一座小镇上的男孩托托（萨瓦特利·卡西欧 饰）。他从小痴迷电影，也常常守在放映室里观看放映师阿尔弗雷多（菲利浦·诺瓦雷 饰）工作。两个年龄相差悬殊的人渐渐成为忘年之交，托托也在一卷卷胶片中找到了童年的快乐。
为了让更多镇民欣赏电影，善良的阿尔弗雷多曾组织露天放映，却意外引发胶片失火。托托冒险将他从火海中救出，但阿尔弗雷多因此双目失明。此后，托托成了小镇上唯一会放映电影的人，并接替阿尔弗雷多成为天堂电影院的放映师。
随着岁月流逝，托托（马克·莱昂纳蒂 饰）逐渐长大，并爱上了银行家的女儿艾莲娜（阿格妮丝·那诺 饰）。两人的初恋纯真而美好，却因艾莲娜父亲的阻挠被迫分离。托托前去服兵役，艾莲娜则到外地求学。失意之际，托托在阿尔弗雷多的鼓励下离开家乡，踏上追寻人生梦想的道路。
三十年后，阿尔弗雷多去世。此时，托托已成为功成名就的电影导演。他重返故乡，面对已经残破的天堂电影院，往昔岁月和尘封记忆再次涌上心头。
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