Au fil de photographies inédites, d'archives vidéo ainsi que d'entretiens avec ses complices de toujours, Robert Doisneau, le révolté du merveilleux raconte comment cet enfant des faubourgs est devenu l'un des plus célèbres photographes du monde. De Paris à New York en passant par Tokyo, le documentaire, cadencé par les dessins d'Emmanuel Guibert, donne la parole à ses filles, Annette Doisneau et Francine Deroudille, à quelques-uns de ses amis — la photographe Sabine Weiss, les écrivains Jean-Claude Carrière et Daniel Pennac, la comédienne Sabine Azéma — et à des personnalités ayant écrit sur ses images, de Philippe Delerm à François Morel. Réalisé par sa petite-fille, Clémentine Deroudille, le film dresse le portrait intime de l'homme et de l'artiste, d'un Doisneau inattendu, farouchement déterminé à être un pourvoyeur de bonheur.