Le Wyoming en 1963. Jack Twist et Ennis Del Mar, deux cow-boys, sont engagés par un propriétaire terrien, Joe Aguirre, qui leur confie la tâche de garder un troupeau de moutons sur les hauteurs de Brokeback Mountain. Ennis et Jack apprennent peu à peu à se connaître. Les rigueurs de l'hiver les rapprochent et un soir, Ennis se retrouve, un peu surpris, dans la couche de Jack. Le lendemain matin, les deux hommes décident de faire comme si cette nuit d'amour n'avait jamais eu lieu. Chacun reprend le cours de son existence : Ennis se marie avec sa fiancée, Alma, et Jack épouse Lureen, dont il a fait la connaissance à un rodéo. Quand les deux hommes se revoient, quatre ans plus tard, ils comprennent que leurs sentiments sont restés intacts.