Bajo el mismo cielo gira alrededor de Carlos Martínez, un mexicano indocumentado que vive en la ciudad de Los Ángeles. Es un hombre honrado y trabajador que tiene el temor constante de ser deportado y perder a sus dos hijos: Luis y Rodrigo. Su gran sueño ha sido darles una mejor vida, pero su anhelo se ve ensombrecido cuando su hijo mayor, Rodrigo, desaparece sin dejar rastro y se une a una pandilla. Mientras tanto, Carlos procurará proteger y alejar a Luis de las peligrosas redes que azotan la ciudad. En su desesperación intento por cuidarlo y es alli cuando conocerá a Adela, una pandillera que le robará y le cautivara el corazón.