Bennie, de 17 años, un adolescente inexperto e ingenuo (Alden Ehrenreich) llega a Buenos Aires para buscar a su hermano mayor, desaparecido desde hace más de diez años, el cual antes de desaparecer juró que jamás volvería a tener contacto con nadie de su familia. Procedían de una familia de inmigrantes italianos afincada en Argentina, pero debido al gran éxito musical de su autoritario padre, Carlo (Klaus María Brandauer), reconocido director de orquesta, se trasladan a Nueva York. Cuando Bennie encuentra a su hermano, el brillante y melancólico escritor Tetro (Vincent Gallo), éste no le recibe precisamente con los brazos abiertos. En lugar de ser el hermano maravilloso que era el ídolo de su infancia, el Tetro de ahora es un hombre distante y autodestructivo que cambió su nombre y ya no escribe. Anda con muletas después de un accidente en el que se quedó hipnotizado con los faros de un autobús que venía hacia él. Rechazado por su hermano, Bennie busca consuelo en la novia de Tetro, Miranda (Maribel Verdú). Alojado en el pequeño apartamento de la pareja en el barrio bohemio de La Boca, Bennie encuentra escondidos los manuscritos de Tetro en los que revela las razones del rechazo apasionado hacia su familia. Miranda, que siente cariño por Bennie, le descubre con los escritos y le advierte de que Tetro se pondrá furioso si se entera de que los ha leido. Bennie insiste en escribir el final que falta de una de las obras de teatro de Tetro. Cuando Bennie se encuentra en el hospital tras un accidente, Miranda cede y le trae el manuscrito en secreto. Tetro pilla a Bennie trabajando en él y tienen una violenta pelea.

La gran crítica literaria Sola (Carmen Maura) lee la obra de teatro y la selecciona como una de las finalistas para el premio literario más importante de Argentina, que se fallará en su estancia de Patagonia. Durante el viaje a través de la Patagonia, Tetro desaparece misteriosamente una noche, y, conociendo su obsesión con el brillo de los faros de los coches, Miranda, preocupada, lo busca a lo largo de la carretera. En la ceremonia de entrega del premio en Patagonia, Tetro aparece y, en su obra de teatro, los dos hermanos vuelven a vivir la verdad evocadora e inquietante de su pasado común. Esa misma noche, reciben la noticia de que su padre ha muerto. Toda la familia se reúne en Buenos Aires en un funeral de Estado, y Bennie, sobrepasado, desaparece en la noche, caminando atraído por el brillo hipnótico de los faros de los coches que vienen hacia él por la carretera. Tetro le sigue y salva a su hermano, aceptando por fin que son una familia.