Verano de 1963. Dos vaqueros, Ennis Del Mar y Jack Twist, se conocen mientras hacen cola para ser contratados por el ranchero Joe Aguirre. Los dos aspiran a conseguir un trabajo estable, casarse y formar una familia. Cuando Aguirre les envía a cuidar ganado a la majestuosa montaña Brokeback, entre ambos surge un sentimiento de camaradería que deriva hacia una relación íntima. Al concluir el verano, tienen que abandonar Brokeback y seguir caminos diferentes.

Cuando descubre que su novia, Clementine, ha hecho que borren de su memoria todos los recuerdos de su tormentosa relación, Joel Barish se pone en contacto con el creador del proceso para que borre a Clementine de su memoria.