Salvatore, znany włoski reżyser, na wieść o śmierci starego kinooperatora Alfredo przyjeżdża do swojego rodzinnego miasteczka na pogrzeb. Następuje retrospekcja w czasy dzieciństwa – Toto (jak nazywano Salvatore) jest wychowywany przez samotną matkę. Jedyną rozrywką w mieście jest małomiasteczkowe kino Cinema Paradiso, gdzie zafascynowany filmami chłopiec pomaga operatorowi Alfredo. Filmy cenzuruje ksiądz Adelfio, który dbając o dusze swoich owieczek, każe wycinać sceny pocałunków.
Pewnego dnia dochodzi do tragedii – kino zostaje strawione przez pożar, zaś Alfredo w wyniku oparzeń traci wzrok, lecz zostaje uratowany przez małego Toto. Cinema Paradiso zostaje odbudowane i otwarte pod nazwą Nuovo cinema Paradiso, a funkcję operatora otrzymuje w nim dorastający Salvatore.
Młodzieniec przeżywa miłość rodem z filmów, zakochując się w Elenie, córce miejscowego bankiera. Ta początkowo nie odwzajemnia jego uczuć. Salvatore cierpliwością i uporem zmienia nastawienie dziewczyny. W końcu w sylwestrową noc Elena udaje się za Salvatore do kina. Szczęście nie trwa długo, gdyż młody operator dostaje powołanie do wojska. Po powrocie okazuje się, że Elena wyjechała z rodzicami i nie wiadomo, gdzie przebywa. Ślepy Alfredo radzi Salvatore, aby ten wyjechał z rodzinnego miasteczka i więcej tu nie wracał, że jest stworzony do rzeczy wielkich.
Salvatore opuszcza miasto i powraca po trzydziestu latach. Po pogrzebie starego przyjaciela przyjdzie mu zostać świadkiem zburzenia Cinema Paradiso. Na miejscu kina powstanie parking. Alfredo pozostawił Salvatore w spadku taśmę filmową. W finale filmu główny bohater siada sam w sali kinowej i ogląda film, który przygotował dla niego stary kinooperator. Film składa się z ocenzurowanych przez księdza „gorszących” fragmentów starych filmów.