Film komedi romantis Cinta Brontosaurus menghadirkan kisah unik tentang pencarian makna cinta dari sudut pandang yang nyeleneh ala Raditya Dika.

Cerita berpusat pada Dika (Raditya Dika), seorang penulis yang baru saja putus dari Nina (Pamela Bowie), pacarnya selama ini. Patah hati itu membuat Dika percaya bahwa cinta punya masa kedaluwarsa, datang, bertahan sebentar, lalu hilang begitu saja.

Sahabat sekaligus agen naskahnya, Kosasih (Soleh Solihun), mencoba mengubah cara pandang Dika. Ia meyakinkan bahwa cinta sejati itu ada, seperti hubungannya dengan sang istri, Wanda (Tyas Mirasih). Berbagai usaha pun dilakukan, termasuk mempertemukan Dika dengan sejumlah perempuan dalam situasi absurd yang khas.

Namun tanpa diduga, Dika justru menemukan "klik" saat bertemu Jessica (Eriska Rein), perempuan dengan pola pikir sama anehnya seperti dirinya. Kedekatan mereka membuat Dika mulai mempertanyakan keyakinannya sendiri, benarkah cinta selalu berakhir?

Di sisi lain, peluang besar datang ketika Mr. Soe Lim (Ronny P. Tjandra) ingin mengangkat buku Dika, Cinta Brontosaurus, ke layar lebar. Dika pun mulai menulis skenario film tersebut. Tapi konflik muncul ketika produser ingin mengubah ceritanya menjadi film horor demi mengikuti tren pasar.

Di tengah kekacauan karier dan kehidupan asmara, Dika perlahan menyadari bahwa cinta tidak sesederhana teori yang ia yakini. Justru dari pengalaman bersama Jessica, teman, dan keluarganya, ia belajar memahami arti cinta yang sebenarnya unik, tak terduga, dan kadang tak masuk akal.