Berlin, Anfang der 40er. Der achtjährige Bruno kommt vom Spiel mit seinen Schulfreunden nach Hause, wo gerade hektische Vorbereitungen getroffen werden. Sein Vater, ein Nazioffizier, wurde gerade befördert, was seine Mutter mit einer Party feiern möchte. Doch Bruno sieht dafür keinen Grund. Die neue Arbeitsstätte seines Vaters liegt außerhalb von Berlin. Daher zieht die Familie aufs Land und er muss seinen geliebten Heimatort und Freundeskreis verlassen. Er fürchtet sich vor möglicher Einsamkeit in der Ferne, und seine Ängste werden wahr, als die Familie in ein trostloses, abgeschiedenes Haus kommt.
Bruno fällt es schwer, sich an sein neues Leben zu gewöhnen und bald wird er von Langeweile geplagt. Es gibt hier keine Kinder, mit denen er spielen könnte, und seine Mutter verbietet ihm, hinter dem Haus auf Erkundungstour zu gehen. Nicht einmal seine ältere Schwester Gretel will sich mit ihm beschäftigen. Sie ist voll damit ausgelastet, ihre Puppen aufzustellen oder mit einem der jungen Untergebenen ihres Vaters zu plaudern, dem ebenso gut aussehenden wie bedrohlichen Leutnant Kotler. Das Einzige, was Bruno faszinierend findet, ist der seltsame Bauernhof, den er vom Fenster seines Kinderzimmers aus sieht und dessen Bewohner offenbar alle gestreifte Schlafanzüge tragen. Als er mehr darüber herausfinden möchte, sagt ihm seine Mutter, er solle sich nicht darum kümmern und sich dem Gelände keinesfalls nähern. Doch nicht einmal sie kennt die tatsächliche Natur dieses Orts. Sie hält den Hof für ein Arbeitslager, denn ihr Mann hat unter Eid geschworen, nie die Wahrheit darüber zu verraten: Dass es sich hier um eine Tötungsfabrik für die “Endlösung”, die systematische Vernichtung der jüdischen Bevölkerung, handelt.
Bruno knüpft freundschaftliche Bande mit einer Küchenhilfe namens Pavel, einem kummervollen, mit schlurfenden Schritten gehenden Mann, der den besagten Streifenpyjama unter seiner Schürze trägt. Als Bruno in Abwesenheit seiner Mutter von der Gartenschaukel fällt und sich sein Knie aufschürft, ist es Pavel, der sich um ihn kümmert und seine Wunde versorgt. Der Mann erzählt Bruno, dass er einmal als Arzt praktiziert hat.
Nachdem er einige Wochen zuhause verbracht hat, schlägt Bruno schließlich die Ermahnungen seiner Mutter in den Wind und schleicht sich durch den hinteren Teil des Gartens, um endlich ein Abenteuer zu erleben. Nach einer Wanderung durch den Wald erreicht er einen Stacheldrahtzaun.
Auf der anderen Seite leert gerade ein kleiner Junge im gestreiften Pyjama Schutt mit einer Schubkarre ab. – Endlich hat Bruno einen Spielgefährten in seinem Alter gefunden! Fortan besucht er seinen neuen Freund Shmuel jeden Tag, wobei er diese Treffen vor seinen Eltern und seiner Schwester geheim hält.
Im Lauf der folgenden Wochen wird Bruno von dem, was er zuhause hört und sieht und was er von seinem geheimen Zaunfreund erfährt, zunehmend beunruhigt. Obwohl sein Lehrer behauptet, dass alle Juden böse seien, wird seine Bindung zu Shmuel immer stärker. Er wird Zeuge, als der unberechenbare Leutnant Kotler den Küchengehilfen Pavel brutal zusammenschlägt. Seine Mutter gerät außer sich, nachdem ihr der junge Soldat mit einem widerwärtigen Scherz den wahren Grund für den stinkenden Rauch verraten hat, der aus dem Lagerkamin dringt. Ebenso verunsichert Bruno die Veränderung seiner Schwester, die nach den Indoktrinationen ihres Lehrers und vor lauter Schwärmerei für Leutnant Kotler ihr Zimmer mit Nazipropaganda tapeziert. Doch nicht nur die Atmosphäre in seinem Zuhause verdüstert sich, auch von Shmuel hört er seltsame Geschichten, und so stellt er sich die Fragen, ob auf der anderen Seite des Zaunes nicht schlimme Dinge geschehen und ob sein Vater wirklich der gute Mensch ist, für den er ihn immer gehalten hat.
Eines Tages findet Bruno zu seiner Überraschung Shmuel im Haus, der gerade Gläser poliert, und gibt ihm ein Stück Kuchen. Doch beide werden von Leutnant Kotler erwischt, der Shmuel des Essensdiebstahls bezichtigt. Anstatt seinen Freund gegen den brutalen Soldaten zu verteidigen, sagt Bruno, er hätte Shmuel nie zuvor gesehen. Krank vor Reue kommt Bruno danach immer wieder an den Zaun, aber der Junge im gestreiften Pyjama ist verschwunden. Als Shmuel endlich wieder erscheint, trägt er im Gesicht eine schlimme Verletzung von Leutnant Kotlers Fausthieben, und Bruno ist zutiefst beschämt. Doch Shmuel vergibt ihm, und die beiden nehmen ihre freundschaftliche Beziehung wieder auf.
In der Zwischenzeit gibt es zwischen Brunos Eltern solche Spannungen, dass sich der Vater entschließt, die Frau und Kinder zu einer Tante nach Heidelberg zu schicken. Der Umzug, den Bruno nach der Ankunft so verzweifelt ersehnte, ist jetzt ein furchtbarer Schicksalsschlag, denn der Junge begreift, dass er dadurch von seinem neuen besten Freund getrennt wird.
Bei einem ihrer letzten Treffen erfährt Bruno, dass Shmuels Vater seit drei Tagen vermisst wird. Er verspricht seinem Freund, nach ihm zu suchen – für ihn die Chance, seinen früheren, schmachvollen Verrat wiedergutzumachen. Am Tag des Umzugs nach Heidelberg schleicht er sich hinaus, um Shmuel zu treffen. Mit einer Schaufel bewaffnet, bricht er zu diesem letzten großen Abenteuer auf …