داستان فیلم سینمایی برادرم خسرو در مورد یک مرد علاقه مند به هنر است که گرایش‌ ها و اخلاقیاتش توسط خانواده به رسمیت شناخته نشده و کسی او را جدی نگرفته است . به همین دلیل او رفتن به یکی از دانشگاه‌های برتر فرانسه را از دست‌ داده و به دلیل بیماری ژنتیکی دو قطبی به‌ مرور زمان تعادل روانی خود را از داده است . این مرد جوان شهاب حسینی با نام خسرو است که برای مدت زیادی همراه با خواهر بزرگ‌ تر خود ناهید زندگی کرده اما ناهید برای کاری مجبور است کشور را ترک کند و خسرو باید چند هفته‌ ای را نزد برادر خود ناصر که یک دندان پزشک است بگذراند. پس‌ از اینکه ناهید موفق نمی‌شود به‌موقع از سفر بازگردد، تنش در روابط دو برادر بالا گرفته و شناخت آنها از یکدیگر را در یک موقعیت بحرانی دگرگون می‌کند . فیلم به‌درستی داستان را از جایی شروع می‌کند که این جا به‌ جایی شکل می‌گیرد و محیط جدید تقابل‌های جدید را بین شخصیت‌ ها سبب می‌شود.