Luca Mantovan é molto impegnato nella sua attività di medico, curando i pazienti all'interno del reparto di un ospedale oncologico.
Dopo la morte di una giovane ragazza, Luca ha un’illuminazione. Spinto nel volersi impegnare a fondo per regalare un sorriso ed una speranza ai malati, propone al suo collega, il dott. Mario Bottini, di aiutarlo a creare all'interno del reparto una stanza che ha intenzione di chiamare “La stanza del sorriso” e che serva a fare in modo che i pazienti affrontino la malattia nel segno della speranza e dell’ottimismo.
Con il consenso del primario, dopo aver sistemato a dovere una stanza inutilizzata dell’ospedale, Luca e Mario, aiutati dall’infermiera Isabella, iniziano così a fare dei corsi di musica, teatro, pittura e sport ai malati.
Intanto, il cinico dott. Giuseppe Pambieri, non vede di buon occhio l'iniziativa di Luca e contesta l’idea al primario, cercando in tutti i modi di mettergli i bastoni tra le ruote. Ma "La stanza del sorriso" si rivelerà un successo inaspettato.
Un film con un lieto fine, ma dove non mancheranno avversità, momenti tristi e vari intrecci narrativi fra i tanti personaggi.
Così come Luca Mantovan cerca di lasciare ai suoi pazienti un'impronta positiva e speranzosa, anche la finalità del film è la medesima verso lo spettatore.