无边的戈壁滩上，欠下高利贷的二勇意外与来历不明的孩子尕娃踏上了一段凶险的追妻之旅，笔直又狭长的公路上，二勇和尕娃与忧郁暴躁的女卡车司机小眉相遇，三个性格迥异的人因故临时结伴而行，在穿越戈壁的三天两夜里，三个孤独的人度过了一段恍若家人的时光。随着旅途的继续，他们邂逅的人和遭遇的事，使得每个人命运发生了重大改变，人的命，路的头，在苍茫天地之下都变得微不足道……

西部的戈壁深处，二勇（王学兵饰）经营着一座破败的鸵鸟养殖场，这是他竭力要挽回前妻，修复人生的最后赌注。这天，他的债主五哥（王旭峰饰）前来要债未果，留下一个孤僻的小男孩乐乐（朱耕佑饰）托他看管。疑心前妻已另结新欢的二勇只得带着这男孩上路去找她。在穿越戈壁的三天两夜，他们遇到了忧郁暴躁的女卡车司机小眉（马伊琍饰），三个孤独的人度过了一段恍若家人的时光。更多的人纷纷登场，二勇和男孩的关系被这因果相循的旅程不断考验与改变，而所有人，都经由与他人的相遇，踏上了自己的不归路……

该片以西部戈壁为故事背景，讲述了几个性格迥异的人物在西部公路上相遇，三天两夜间发生的一系列连锁事件。