A sus 17 años, Hazel Grace Lancaster ha estado viviendo los últimos tres años de su vida con cáncer. A pesar de ello, es una chica con una mente observadora, un ingenio afilado y una empatía increíble hacia sus padres, quienes se dedican principalmente a cuidarla. Su cáncer comenzó en las tiroides y se extendió hacia sus pulmones, por lo que debe utilizar un tubo de oxígeno de manera constante.
Hazel participa de un grupo de apoyo que se reúne en la iglesia; allí se hace amiga de un chico llamado Isaac, que tiene cáncer en los ojos, y a través de él conoce a Augustus, de quien se enamora paulatinamente. Augustus ha tenido cáncer y le han amputado una pierna, pero cuando Hazel lo conoce su enfermedad se encuentra en remisión y el prospecto es positivo. Por eso, Hazel trata en un principio de no comenzar una relación con él, por miedo a causarle daño al morir.
Hazel comparte con Augustus su novela favorita, Un dolor imperial, escrita por Peter Van Houten. Cuando Augustus la lee y comprende todo lo que aquella historia significa para Hazel, planifica un viaje a Ámsterdam usando su “deseo” (la Genie Foundation otorga un deseo a los chicos que padecen cáncer, y Augustus aún no ha utilizado el suyo) para conocer al escritor y preguntarle qué es lo que pasa después del final de la novela.
Los dos logran viajar a Ámsterdam, pero su encuentro con Van Houten es una desilusión absoluta: el escritor se ha convertido en un alcohólico pedante y patético que los trata mal y no les cuenta absolutamente. Al final del viaje, Augustus le revela a Hazel que su cáncer ha hecho metástasis en todo el cuerpo y que se encuentra mucho peor. En las semanas siguientes, la situación de Augustus empeora y Hazel lo acompaña día a día.
Tras la muerte de Augustus, Hazel participa en el funeral y da un discurso. Después del entierro, ella es interceptada por Peter Van Houten, que ha viajado hasta allí para rendir homenaje a Augustus y pedirle perdón a ella por cómo la ha tratado en Ámsterdam. El escritor intenta entonces contarle qué pasa con los personajes tras el final de su novela, pero Hazel le dice que ya no está interesada en eso, y le pide que se vaya. En otro encuentro con Van Houten -quien la ha seguido y se ha metido en su auto- descubre que el escritor ha tenido una hija que ha muerto de leucemia a los ocho años, y que el libro estaba basado en ella. Tras este encuentro, Hazel logra lidiar con la muerte de Augustus y busca protección y confort en su familia.
Al final de la novela, Hazel recupera una carta que Augustus le había enviado a Van Houten, pidiéndole que lo ayudara a escribir un discurso fúnebre para cuando ella muriera. Esa carta es el último elemento que le permite a Hazel realizar el cierre sobre una etapa de su vida y sobre la muerte de su novio y seguir adelante, aunque sabe que sus días también están contados.
