Hazel, 16 ans, est atteinte d'un cancer. Son dernier traitement semble avoir arrêté l'évolution de la maladie, mais elle se sait condamnée. Bien qu'elle s'y ennuie passablement, elle intègre un groupe de soutien, fréquenté par d'autres jeunes malades. C'est là qu'elle rencontre Augustus, un garçon en rémission, qui partage son humour et son goût de la littérature. Entre les deux adolescents, l'attirance est immédiate.
Et malgré les réticences d'Hazel, qui a peur de s'impliquer dans une relation dont le temps est compté, leur histoire d'amour commence… les entraînant vite dans un projet un peu fou, ambitieux, drôle et surtout plein de vie.