著名中国艺术家马良的父亲马科是一位作品颇丰的中国戏曲导演，当马良意识到父亲患上阿尔茨海默病时，他启动了创作以来最具雄心的项目，一个真人大小的机械木偶演绎的自传式奇幻舞台剧——“爸爸的时光机”。马良和马科在创作这部神奇而宏大的戏剧过程中，必须面对衰老和文革创伤的挑战，在父亲生命结束和永远丧失记忆前调和彼此的关系。