Et amerikansk par og deres ven rejser til Algeriet for at tage ud på en lang vandretur i den hede Saharaørken. Parret, Port (John Malkovich) og Kit (Debra Winger), er på jagt efter en oplevelse, der kan forandre deres liv, mens deres ven bare ser sig selv som en sædvanlig nysgerrig turist. Men rejsen bliver ikke, som nogen af dem havde forventet. Under himlens dække er Bernardo Bertoluccis første film efter den prisbelønnede Den sidste kejser og er et romantisk eventyrdrama uden sidestykke.