No final dos anos 1950 e início dos 1960, o pintor Walter Keane (Christoph Waltz) alcança um sucesso além do que imaginava, revolucionando a comercialização da arte popular com suas pinturas enigmáticas de crianças abandonadas com grandes olhos. A verdade bizarra e chocante seria eventualmente descoberta: os trabalhos de Walter não eram criados por ele, mas por sua mulher, Margaret (Amy Adams). Os Keane, ao que parece, viviam uma mentira colossal que enganou a todo o mundo. Uma história incrível demais para ser ficção, "Grandes Olhos" é centrado no despertar de Margaret como artista, o sucesso fenomenal de suas pinturas e sua relação tumultuada com o marido, que foi catapultado à fama internacional levando o crédito pelo seu trabalho.