小女孩尼姆（阿比盖尔·布瑞斯林 Abigail Breslin 饰）和科学家父亲杰克（杰拉德·巴特勒 Gerard Butler 饰）一起生活在一个小岛上，父亲埋头在岛屿的科研工作，而孤独的尼姆每日把岛屿的一切幻想成绚丽多彩的冒险，倒也乐在其中。尼姆最爱读畅销冒险作家艾利克斯·卢文的书，在她的幻想中，他是个和父亲面目一样的英雄，带着她畅游这个世界。但是尼姆所不了解的是，“卢文”英雄形象背后其实是个心理问题严重的女作家（朱迪·福斯特 Jodie Foster 饰），她有严重的社交恐惧症、广场恐惧症，因此只能在大城市纽约以半隐居方式埋头写作，连走出自己房间都很困难。一日父亲杰克出海工作却几日未归，担忧的尼姆只好给心目中的大英雄卢文发邮件求救，为了遥远孤岛上的小女孩，足不出户的女作家鼓起勇气踏上前往尼姆岛的路途……
《里约，我爱你》是制片人埃曼纽继《巴黎，我爱你》《纽约，我爱你》之后“爱之城”系列的第三部作品，邀请全球的电影大师为世界著名城市谱写关于爱的小故事，是“爱之城”系列电影最大的特色。
