Фільм "Ванільне небо" розповідає про Девіда Еймса, багатого та успішного видавця журналу, який має все, що собі забажає. Він зустрічає привабливу Софію, в яку закохується з першого погляду. Однак, його спокійне життя змінюється раптово, коли його колишня кохана, Джулія, з'являється у його житті та говорить, що вона його єдина справжня любов.
Девід не може обрати між двома жінками та, засліплений почуттями, він приймає рішення, яке раптово змінить його долю. Після серйозної аварії він опиняється у криокамері, де його заморожують до майбутнього. Коли Девід прокидається, він опиняється в іншому світі, де все інакше. Він починає бачити дивні галюцинації, яка змішуються з реальністю, і він не може визначити, що справжнє, а що - сон.
Зв'язок між реальністю та фантазією стає помітним, і Девід прагне з'ясувати, що ж насправді відбувається. Він відправляється у подорож у пошуках правди про своє життя та власну ідентичність.