글 공부보다 운동을 더 좋아하는 선비 이호창(송강호 분)은 젊은 시절의 유일한 꿈이었던 과거제도가 폐지되자 삶의 목표를 잃고 하루하루를 보낸다. 호창의 형은 시대적 울분을 참지 못하고 의병활동을 하기 위해 집을 떠나고, 그의 아버지는 개화 세력에 밀려 관직을 그만두고 서당을 운영한다.
어느날 우연히 YMCA 회관에서 야구를 하는 신여성 민정림(김혜수 분)과 선교사들의 모습을 본 호창은 야구에 대한 호기심과 정림에 대한 호감을 갖게 된다. 호창의 아버지는 호창에게 서당을 물려받길 권유하지만 호창은 정림에 대한 감정을 키워가며, 야구라는 신문물의 매력에 빠져든다.
호창과 호창의 죽마고우인 류광태(황정민 분), 일본 유학생 출신 오대현(김주혁 분), 정림을 중심으로 조선 최초의 야구단인 'YMCA야구단'이 결성된다. YMCA야구단은 연전연승 최강의 야구단으로 자리잡으며 황성 시민의 사랑을 한몸에 받게 된다. 이러한 가운데 조선은 일본의 강압에 의해 을사조약을 체결하게 되고 이에 비분강개한 정림의 아버지는 자결한다.
을사조약 체결 이후, YMCA야구단의 연습장이 일본군의 주둔지로 바뀌게 되자 이를 계기로 YMCA야구단은 일본군 클럽팀 성남구락부와 1차 대결을 하게 된다. 그러나 경기 전날 친일파에 테러를 감행하다 부상을 입은 투수 대현은 부진을 면치 못하고, 호창 역시 마당의 빨래 줄에 널려있는 야구복을 발견하고 시합을 관전하러 온 아버지의 눈을 피하느라 실력 발휘를 하지 못해 YMCA야구단은 일본팀에 대패하고 만다.
야구단의 주장 대현은 일본팀의 주장 가츠노리에게 재대결을 신청하지만, 테러 사건의 전모가 발각되면서 대현과 테러에 연루되어 있던 정림은 일본군에게 쫓기는 신세가 되고, YMCA야구단은 해체된다. 낙심한 호창은 고향으로 내려가신 아버지를 따라 내려가 서당 일을 돕는데.