Skorpan är sjuk. Han har tuberkulos och ska snart dö. Skorpan är rädd för att dö och för att trösta honom berättar storebror Jonathan om Nangijala, paradislandet dit man kommer efter döden. Där ska Skorpan och Jonatan också träffas en gång. “Men du kan ju leva tills du blir 90 år”, protesterar Skorpan fast då säger Jonatan att 90 år i Nangijala känns som två dagar på jorden. “Och två dagar kan du väl vara ensam”, säger Jonatan. Fast det blir inte Skorpan som får vara ensam ett tag i Nangijala, det blir Jonatan. En eldsvåda bryter ut i huset där bröderna bor och Jonatan offrar sitt eget liv för att rädda Skorpan. Kort därpå beger sig också Skorpan iväg till Nangijala och där träffas bröderna Lejonhjärta i Körsbärsdalen.
Det finns två dalar i Nangijala, Körsbärsdalen och Törnrosdalen. Törnrosdalen har ockuperats av den onde Tengil och befolkningen terroriseras nu av hans svarta riddare. De som vågar protestera mot Tengil blir slängda i Katlagrottan där Tengils grymma drake Katla gör slut på dem. I Katlagrottan sitter Orvar fängslad. Orvar är den som leder kampen för frihet i Törnrosdalen och utan honom är kampen dömd att förloras. I Körsbärsdalen smider man planer för att befria Orvar och hela Törnrosdalen från Tengils skräckvälde. Jonatan blir den som ska försöka få ut Orvar ur Katlas grotta. Men det är lättare sagt än gjort, och än svårare verkar det när man förstår att det finns en förrädare bland folket i Körsbärsdalen. När Skorpan väntat flera dagar på att Jonatan ska komma hem igen hör han en natt i drömmen hur Jonatan ropar på hjälp. Skorpan tvekar inte – han är en av bröderna Lejonhjärta och nu ska han visa det.
Astrid Lindgrens Bröderna Lejonhjärta är en saga om kampen mellan gott och ont. Tillsammans kämpar Jonatan och Skorpan för att det goda ska segra, och det blir en strid på liv och död mot förtryck och tyranneri för friheten och kärleken.
Ingmar Bergman hade uttryckt att han hade lust att göra Bröderna Lejonhjärta, men Astrid Lindgren var Olle Hellbom trogen så länge han själv ville och kunde. Bröderna Lejonhjärta blev hans sista stora film och kanske kände han igen sig i pojken Skorpan, eftersom han själv som liten legat sjuk under lång tid. Att hitta skådespelaren till rollen som Skorpan var lätt; Lars Söderdahl som spelat Lillebror i filmen om Karlsson på taket hade blivit några år äldre och passade perfekt i rollen. Att hitta Jonatan var svårare. Man hade tänkt sig en pojke i 13-årsåldern för rollen, men det visade sig vara svårt att hitta den mognad som krävdes bland barn i den åldern. Därför valde man Staffan Götestam, som hunnit bli 23 år och var utbildad skådespelare. Att hitta en plats som kryllade av körsbärsträd var däremot omöjligt, körsbär växer inte på det viset. Olle Hellbom blev mycket nöjd när han kom på att man inte så lätt kan se skillnad på äppelträd och körsbärsträd; alltså kunde man fara till Brösarps backar och spela in! Filmteamet fick hyra in sig på Hasse Alfredsons gård.
Efter premiären startade några litteraturstudenter en debatt om filmen. Ursprunget var framför allt slutscenen, där Skorpan tar Jonatan på ryggen och kliver rakt ut över ett stup. Några ansåg att Astrid Lindgren uppmuntrade till självmord, en anklagelse som Astrid protesterade mot. Själv fick hon genom brev och besök från barn klart för sig att hon både skrivit ett lyckligt slut och att både barn och vuxna kände stor tröst i att det äntligen fanns ett sätt att prata om döden med barn som faktiskt hade livshotande sjukdomar och visste att de skulle dö. Filmen blev den första svenska barnfilm som exporterades till Kina, den utsågs också till ”Årets film” 1977 och gav Olle Hellbom en Guldbagge 1978 för bästa regi; ”för sin förmåga till förnyelse efter mångårig insats som barnfilmsregissör”.
Filmen har också sänts som TV-serie, då något förlängd.