プラネタリウムでは数人の客が映写の始まりを待っていた。解説席にいるのは俊夫(豊川悦司)。彼は挨拶も早々に星の説明を始める。そう、地球から見える一番明るい星、シリウスの説明を…。

その年、俊夫(佐藤慶希)は小学校4年生、兄・英夫(濱田岳)は中学2年生だった。ふたりの部屋は、蛍光灯を消して暗くなると天井に星座が現れ、点けると消える。俊夫はその部屋に「星の巣」という名前をつけていた。

俊夫ら一家3人は父親(ビートたけし)が亡くなった後、8月の終わりに東京からその町に越してきた。俊夫はなかなか学校になじめずにおり、それを察した英夫は、「星の話をすればいい」と自分の望遠鏡を持っていくように進めてくれるのだった。

その望遠鏡は、父が英夫の誕生日に買ってくれたものであった。俊夫と星を出会わせてくれたのは父だった。俊夫が小学校1年生の年、初めて父の見せてくれたシリウスは、俊夫が覚えたばかりの“無限”という言葉そのものだった。

早速、俊夫は学校でシリウスの話をしてみた。しかし、俊夫たちの持つ5センチの望遠鏡よりも長い、8センチの望遠鏡を持つクラスメイトに再びからかわれただけだった。その話を聞いた英夫は、10センチの望遠鏡を手に入れようと提案する。

そんな時、ふたりは母(名取裕子)に「会わせたい人がいる」と聞かされる。ふたりが紹介されたのは母の恋人・藤田(古尾谷雅人)。自分達の父は亡くなった父だけだ…ふたりは複雑な思いに駆られるのだった。

そしてある日の帰り道、俊夫は、いつも自分を励ましてくれていた英夫も学校でいじめを受けていた事を知る。「シリウスを見に行こうか？」――ふたりは中学の理科室から10センチの望遠鏡を持ち出し、星の見える山へと向かった…。