Bajo el Mismo Cielo es la historia de Carlos Martínez (Gabriel Porras), un mexicano indocumentado que vive en Los Ángeles. Es un hombre honrado y trabajador que tiene el temor constante de ser deportado y perder a sus dos hijos: Luís y Rodrigo. Su gran sueño ha sido darles una mejor vida, pero su anhelo se ve ensombrecido cuando su hijo mayor, Rodrigo (Luís Ernesto Franco), desaparece sin dejar rastro y se une a una pandilla. Mientras tanto, Carlos procurará proteger y alejar a Luís (Alejandro Speitzer) de las peligrosas redes que azotan la ciudad. En su desesperado intento por cuidarlo conocerá a Adela (María Elisa Camargo), una pandillera que le robará el corazón.