Adapté d'une nouvelle d'Annie Proulx, prix Pulitzer, le film raconte la passion secrète vécue pendant vingt ans par deux hommes, Ennis del Mar et Jack Twist qui « avaient grandi dans deux misérables petits ranchs aux deux extrémités de l'État du Wyoming ».
Ces deux cow-boys se rencontrent au printemps 1963, employés par le Farm and Ranch Employment, l'un comme berger, l'autre comme responsable de camp, assignés au même élevage de moutons au nord de Signal, dans un alpage situé sur la Brokeback Mountain, « ils n'avaient pas vingt ans ». Malgré cette intense idylle dans la montagne, interrompue pendant quatre ans, ils font leur vie chacun de leur côté, se marient, ont des enfants, et se rencontrent épisodiquement entre le Wyoming et le Texas avant que Jack Twist ne soit tué dans des circonstances douteuses, laissant Ennis seul avec ses souvenirs.