Lucas Traumfabrik erzählt die Geschichte der zwölfjährigen Luca, deren Welt auseinanderzubrechen scheint. Nachdem sie vor zwei Jahren ihren Vater verloren hat, steht sie nun gefühllos auf der Beerdigung ihrer Mutter. Auf Wunsch ihrer Mutter zieht sie vorübergehend zu ihrem Onkel Michael in die Kleinstadt Schrozberg, bis eine Pflegefamilie für sie in Freiburg gefunden wird.
An ihrer neuen Schule fällt es Luca schwer, Anschluss zu finden – bis sie auf ein verlassenes Kino stößt und sich mit Samuel und Destiny anfreundet. Gemeinsam entdecken sie, dass Büffelzüchter Thomas das Kino mit einer erfundenen Rattenplage sabotiert, um das Grundstück für sein Restaurant zu kaufen. Entschlossen, das Kino zu retten, beschließen die Kinder, einen Film zu drehen, der die Stadt begeistern soll – und sogar Popstar Noah für eine Rolle zu gewinnen.
Während der Dreharbeiten wachsen die Freundschaften, und Luca beginnt, sich zum ersten Mal wieder zuhause zu fühlen. Doch als Rückschläge ihr Filmprojekt und ihre Chance, in Schrozberg zu bleiben, bedrohen, muss sie all ihre Kraft aufbringen, um weiterzumachen. Mit der unerwarteten Unterstützung der Stadt feiert der Film eine erfolgreiche Premiere, rettet das Kino und lässt Luca erkennen, dass sie in Michael eine neue Familie gefunden hat – der sich schließlich dazu entscheidet, sie zu adoptieren.
