搬離柏林
1942 年，八歲的布魯諾（阿薩·巴特菲爾德 飾）和家人住在柏林。他的生活簡單快樂——和朋友們在街上玩耍、滑滑梯、互相追逐。直到有一天，父親拉爾夫（大衛·休里斯 飾）告訴全家人，他升職了，他們必須搬到「鄉下」去住。
布魯諾非常不高興。他不想離開柏林的朋友們。但父親的話不容商量——拉爾夫是一名納粹黨衛軍軍官，新的職務需要他去管理一個……布魯諾並不知道那是什麼地方。
新家是一棟孤零零的大宅子，坐落在波蘭的鄉間，周圍空曠而荒涼。布魯諾從臥室的窗戶望出去，看到遠處有一個「農場」——一排排低矮的棚屋，被鐵絲網圍起來，裡面有很多穿著「條紋睡衣」的人。布魯諾覺得很奇怪，但母親埃爾莎（韋娜·法米加 飾）嚴厲地禁止他去後花園探險。
新家的日子
布魯諾在新家百無聊賴。沒有朋友，沒有玩伴，連後花園都不讓去。一位名叫利斯特的家庭教師來給布魯諾和姐姐格蕾特爾上課。利斯特的教學內容充滿了納粹的種族主義宣傳——猶太人是低等民族、德意志民族是世界上最優秀的種族。十二歲的格蕾特爾很快被洗腦，成了一個狂熱的納粹支持者，房間裡貼滿了希特勒的海報。
但布魯諾不一樣。他不太理解那些複雜的理論，也不太在意。他只是一個想找人玩的八歲男孩。
家裡有一個猶太囚犯帕維爾，被指派來做廚房的雜務。帕維爾曾經是一名醫生。有一天布魯諾從鞦韆上摔下來擦傷了膝蓋，帕維爾幫他處理了傷口。布魯諾第一次感到困惑——如果猶太人真的像利斯特說的那樣壞，為什麼帕維爾會這麼溫柔地幫他包紮傷口？
家中還有一個年輕的副官科特勒中尉。他對猶太囚犯極其殘暴，動輒打罵。格蕾特爾對這個英俊的年輕軍官產生了愛慕之情。
鐵絲網那邊的男孩
一天，布魯諾趁沒人注意，偷偷溜出了後花園，沿著一條小路走進了樹林。他走了很遠，終於來到了那道鐵絲網圍欄前。
鐵絲網的另一邊，坐著一個和他差不多大的男孩。男孩穿著條紋睡衣，剃著光頭，瘦骨嶙峋，臉上帶著飢餓和疲憊的神色。他叫什穆爾（傑克·斯坎倫 飾）。
布魯諾很高興——他終於找到了一個可以說話的朋友。他不明白什穆爾為什麼住在圍欄裡面，也不明白那些「條紋睡衣」意味著什麼。什穆爾告訴他，自己是猶太人，被和父親一起帶到了這裡。布魯諾問他那裡是不是一個農場，什穆爾沒有回答。
兩個男孩隔著鐵絲網成為了朋友。布魯諾每天偷偷帶食物來——麵包、巧克力、蘋果。他們坐在鐵絲網兩側聊天、下棋。對布魯諾來說，這是他在新家最快樂的時光。對什穆爾來說，這是他在地獄般的集中營裡唯一的慰藉。
真相浮現
母親埃爾莎逐漸發現了丈夫工作的真相。科特勒中尉無意中向她透露，空氣中那股揮之不去的惡臭——不是來自什麼垃圾焚燒場，而是來自焚屍爐。埃爾莎崩潰了。她無法相信自己的丈夫參與了如此可怕的事情。她和拉爾夫大吵一架，要求帶孩子們離開。
與此同時，布魯諾和什穆爾的友誼遭遇了一次危機。有一天，什穆爾被派到布魯諾家裡做清潔工。布魯諾偷偷給他拿了蛋糕。科特勒中尉突然出現，看到什穆爾在吃東西，暴怒地質問他。什穆爾害怕地說是布魯諾給他的。科特勒轉向布魯諾——八歲的布魯諾，在這個凶神惡煞的軍官面前，嚇得否認了一切。他說他不認識什穆爾。
什穆爾被科特勒拖走毆打。布魯諾為自己的懦弱感到深深的羞恥。之後好幾天，什穆爾沒有出現在鐵絲網邊。當他再次出現時，臉上帶著明顯的傷痕。布魯諾哭著向他道歉。什穆爾看了他一眼，把手從鐵絲網的縫隙中伸了過來。兩個男孩的手緊緊握在了一起。
最後一次探險
拉爾夫最終同意讓埃爾莎帶孩子們離開。搬家的日子定了下來。布魯諾去鐵絲網邊和什穆爾告別。什穆爾滿臉淚水地告訴他：爸爸不見了。幾天前被帶去幹活，之後就再也沒有回來。
布魯諾做出了一個決定——他要幫什穆爾找到爸爸。
什穆爾從鐵絲網下面挖了一個洞，遞給布魯諾一套條紋囚服和一頂帽子。布魯諾脫下自己的衣服，換上了那套「條紋睡衣」，鑽過了鐵絲網。
兩個穿著一模一樣衣服的男孩走進了集中營。布魯諾被眼前的景象嚇壞了——骨瘦如柴的人、惡臭、泥濘、絕望的面孔。這和他想像中的「農場」完全不一樣。但他沒有退縮，他答應了什穆爾要幫他找爸爸。
就在這時，一群衛兵突然出現，開始粗暴地驅趕一大群囚犯。布魯諾和什穆爾被裹挾在人群中，被推搡著走進了一間密封的房間。
無法挽回
與此同時，埃爾莎和格蕾特爾發現布魯諾不見了。她們衝到拉爾夫的辦公室報告。拉爾夫立即下令搜尋。搜尋犬追蹤到了布魯諾的氣味——一直追到鐵絲網邊。他們找到了布魯諾脫下的衣服和鐵絲網下面的洞。
拉爾夫瘋了一樣衝進集中營。他跑過一排排營房，跑過泥濘的空地，跑到了那間密封房間的門前。
門已經從外面鎖上了。
門的另一邊，布魯諾和什穆爾在黑暗中緊緊牽著彼此的手。周圍的人們開始恐慌、尖叫、哭泣。天花板上的噴頭開始釋放毒氣。
拉爾夫在門外瘋狂地拍打著鐵門，發出絕望的嚎叫。埃爾莎跪倒在雨中，抱住布魯諾留在鐵絲網邊的衣服，發出撕心裂肺的哭聲。
影片最後的鏡頭是那扇緊閉的鐵門。門後一片寂靜。
一個八歲的德國男孩，因為天真和善良，走進了父親親手建造的死亡機器，和他最好的朋友一起，永遠地留在了那間房間裡。