전쟁이 끝난 로마에서 일자리를 구하지 못하던 안토니오는 마침내 거리의 포스터를 붙이는 일을 얻게 된다. 반드시 자전거가 있어야 한다는 조건에 아내는 집안의 침대 시트를 맡기고 전당포에 잡혀 있던 자전거를 되찾아준다. 이제 가족을 먹여 살릴 수 있다는 기대도 잠시, 첫 출근 날 일을 하던 사이 누군가 자전거를 훔쳐 달아난다. 경찰의 도움만 기다릴 수 없는 안토니오는 어린 아들 브루노와 함께 시장과 거리 곳곳을 뒤지기 시작한다. 수많은 자전거와 무심한 사람들 사이에서 단서를 좇을수록 시간은 줄고, 아버지는 일자리까지 잃을지 모른다는 공포에 쫓긴다. 아들의 눈앞에서 어떻게든 가족의 내일을 되찾으려는 그는, 하루의 끝이 다가올수록 가난이 몰아붙이는 선택의 무게를 느낀다.