خواهر ستاره‌شناس، زماني آغاز مي‌شود که ويليام هرشل موسيقي‌دان و ستاره‌شناس برجسته براي نجات خواهرش کارولين از يک زندگي پر از محنت و سختي در آلمان، به ياري او مي‌شتابد، او را همراه خود به انگلستان مي‌برد؛ تا با دنياي موسيقي و ستاره‌شناسي آشنايش کند. کارولين، که لينا خوانده مي‌شود به عنوان دستيار ويليام و مسئول رسيدگي به خانه‌ي پر همهمه و نامتعارف او مشغول به کار مي‌شود. ويليام سخاوتمند، دانا و جذاب است و لينا که او را عاشقانه دوست مي‌دارد. از هيچ فداکاري براي برادرش دريغ نمي‌ورزد. زماني که ويليام در ميان‌سالي تصميم ازدواجش را اعلام مي‌کند، دنيايي که لينا براي خود ساخته بود فرو مي‌ريزد...