艾尼斯·戴爾·瑪（希斯·萊傑飾）在懷俄明州與猶他州交界處的一個窮苦的小農莊裡長大。他的父母車禍喪生後，由哥哥和姐姐撫養成人。父母只留下了24美元現金和一個被抵押了兩次的小莊園。艾尼斯沒有讀中學，他的少年是在勞苦和窮困中渡過的。他與艾爾瑪·畢爾絲（蜜雪兒·威廉絲飾）訂婚，他不斷節省希望買一點地。1963年，艾尼斯還不到20歲，他前往農場人力的事務所報到，並結識了同歲的傑克·崔斯特（傑克·葛倫霍飾）。之後他們來到了懷俄明的一個農場，傑克已經在這個農場裡工作一個夏天。這個英俊、深色頭髮、活潑愛笑的人特別熱衷於當牛仔。兩人接收了上千隻母羊和羊羔，要將這些羊趕到斷背山上沒有樹木的草原上去。
艾尼斯留在宿營地，傑克必須與羊一起過夜，他每天花好幾個小時在營地和草原之間跋涉。朝夕相處的艾尼斯和傑克十分投契，無論休憩與忙碌都互相照應陪伴。艾尼斯甚至幫助傑克，與傑克輪流晚上去看羊。一夜，酒喝多了，艾尼斯步履蹣跚，無法回到羊群所在地，傑克便拿出毯子讓他露宿在篝火旁。半夜氣溫驟降，篝火也熄滅了，艾尼斯直打哆嗦，傑克就讓艾尼斯一同在帳篷躺下。夢囈中，傑克揪住艾尼斯，兩人眉眼與呼吸間不可自抑地擦出了火花。天亮後，他們沒有提起誘惑·夜的性愛，直到彼此席地而坐才交換隻字片語。艾尼斯否認自己是同性戀，將誘惑·夜失態視為離譜的事，並下不為例。只是很快地，他們還是回歸情感，在夜晚的帳篷、在明媚的草原、在熊熊的篝火旁，享受親密的時光。八月，山頂飛雪，他們將羊群趕下山。斷背山共同的生活結束了，兩人捨不得彼此，艾尼斯內心十分煎熬，但是必須履行婚約，他與傑克還是分道揚鑣了。
艾尼斯回到艾爾瑪身邊，三個月後兩人結婚了。他們移居到懷俄明州的瑞佛頓。四年後兩人已有了一對女兒，艾尼斯為生活勞碌，漸漸不期望能再見傑克了。傑克則在他們分別的第二年重回打工的農場，試圖再次與艾尼斯相遇，卻無法如願。後來他在德州重拾牛仔頭銜，並與一個富有工業家的女兒露琳（安·海瑟薇飾）結婚，夫婦有一個兒子。即便傑克的丈人對他的出身有成見，但婚後生活還是一天天進行著。
直到一日，艾尼斯驚訝地收到傑克的明信片，傑克表示自己即將到瑞佛頓，能否再見。艾尼斯回信後迫切的期盼著。兩人見面那日，澎湃的思念一觸即發，原來彼此是多麼需要對方。艾尼斯跑出房舍與傑克失控擁吻，艾爾瑪卻正好在樓上的窗邊目睹了一切，她絕望的感受到背叛和痛苦。
久違的艾尼斯與傑克到汽車旅館溫存。冷靜思索後，雖然彼此相愛，但他們不能離棄妻子和兒女，於是他們只能約定，從此以後以一起釣魚為由見面，共渡秘密的兩人時光。之後的見面，傑克坦言希望兩人一起生活，艾尼斯反對了，他說，他記得小時候看過同性戀的農工被人用一條汽車輪胎撬棍毆打至死，然後棄屍荒野，世俗的側目是不得不防備的。艾爾瑪知道艾尼斯的秘密，無法再冷靜地與艾尼斯一起生活。隱忍了六年之後，艾爾瑪提出離婚，爾後與她任職的當地食品店老闆結婚。
艾尼斯很快又開始做零工了，他在懷俄明的農莊間流蕩。此後幾年中他與傑克定期相聚，兩人踏遍了附近的山巒河流，但卻再也沒有回到斷背山。日月如梭，傑克越來越希望能和艾尼斯長相廝守，但艾尼斯無法肯定他們的結局會是美滿的，只能夠懦怯的拒絕。傑克曾試圖融入婚後忙碌的生活，亦曾去墨西哥性交易，但依舊無法忘記艾尼斯。艾尼斯也曾邂逅愛他的女性，卻無法給予承諾。1983年，斷背山相遇的二十年後，他們依昔地相約渡過一週的時光，直到分別前，艾尼斯表示下一次碰頭要延遲，傑克再也無法忍受長久以來的聚少離多，兩人一路累積的情緒爆發，產生了爭執。傑克不忍再逼迫脆弱的艾尼斯，只能讓他像二十年前一般從眼前離開。幾個月後，艾尼斯得到傑克去世的消息。悲慟之下他致電詢問，傑克的妻子說，傑克在為輪胎打氣時出了事故，輪胎爆炸、車輪的輪框擊中他的臉。艾尼斯想起從前輪胎撬棍的故事，他明白傑克的死不只是一個意外。
傑克生前曾說要將自己的骨灰撒在斷背山上，為此艾尼斯前往傑克的故鄉欲帶走傑克骨灰。傑克的父親說，傑克每年回故鄉時都提到他要離婚的想法，並希望與艾尼斯一起搬到附近的小房子裡自立門戶，經營他父母的農莊。但他死前幾個月，卻突然決定與他在德州的一個鄰居一起來做這件事。聞言艾尼斯更加肯定傑克的死因了。傑克的母親保留了他的房間，在傑克的房裡，艾尼斯找到了昔日於斷背山扭打時，傑克所穿的牛仔襯衫，內裏包覆著當時艾尼斯所穿的襯衣，整齊地掛在木櫃裏，似乎象徵傑克永遠深愛與包容著艾尼斯。當年艾尼斯以為這件襯衫已丟失了，原來被傑克所收藏，艾尼斯擁著衣物哭泣。離去前，傑克的父親執意將傑克的骨灰葬在家族墓園裡，艾尼斯雖不能圓傑克的心願，但將兩件襯衣帶走了。
最後，艾尼斯的大女兒驅車來訪，邀請他參加她的婚禮，艾尼斯默然，憶起傑克，過往的滄海桑田，對比女兒走向婚姻的結局，是喜悅，更多的是悵然。一直未能盡人父關懷的艾尼斯答應了女兒的邀約，女兒展露笑容。目送女兒走後，艾尼斯打開衣櫃，櫃門釘著一張斷背山的明信片，兩件老襯衣掛在明信片下，但此回艾尼斯已將自己的襯衣「包裹」住傑克了。艾尼斯蹙眉，輕聲呢喃：「傑克，我發誓……」。