Après avoir grandi dans un quartier difficile de Miami, Chiron, un jeune homme tente de trouver sa place dans le monde. Moonlight évoque son parcours, de l’enfance à l’âge adulte.

Harlem, dans les années 70. Tish et Fonny s'aiment depuis toujours et envisagent de se marier. Alors qu'ils s'apprêtent à avoir un enfant, le jeune homme, victime d'une erreur judiciaire, est arrêté et incarcéré. Avec l'aide de sa famille, Tish s'engage dans un combat acharné pour prouver l'innocence de Fonny et le faire libérer…