二十世纪七十年代，母亲（陈冲饰）和9岁的向阳（张凡饰）见到了从干校回到北京的父亲（孙海英饰）。严格的父亲希望向阳长大后能够成为画家，出人头地，但对父亲感觉很陌生的向阳并不愿意接受这个安排。随着年龄的增长，向阳越来越不喜欢父亲，更不喜欢画画，甚至在“四人帮”粉碎后的游行队伍中用要学画画的手拾起一个“二踢脚”。

八十年代末，19岁的向阳（高歌饰）没有考上美院。在父亲的要求下，向阳开始了复读生活并喜欢上了女孩于红。不準向阳谈恋爱的父亲私自拆了于红给儿子的信，并带着怀孕的于红去打了胎。明白真相的向阳愤怒的斥责着父亲的做法。

九十年代末，已经成为知名画家的向阳（王海地饰）妻子小韩（梁静饰）怀孕了，但向阳却并不想要这个孩子。他告诉责骂他的父亲一直以来都不是一个好父亲。深深受伤的父亲离家出走了，给儿子留下了一盘磁带。

《向日葵》通过纪录张向阳与父亲横亘三十几年的爱恨交织，来反映从1976年到二十世纪末的中国社会变迁。而影片的明智与动人之处，在于它选择了从父子关係的人性视角切入历史与故事，两人之间那仇恨与挚爱并存的典型的中国式情感，在张杨的亲身经历上体现得尤为显着，不用编造便足够动人（《精品购物指南》评）。

《向日葵》有着导演张扬强烈的自传色彩，比如河边向阳第一次呼唤爸爸、向阳在溜冰场的初恋，很多段落都让观众自然进入记忆与情感的真实中而被感动。虽然讲述的不是十分新鲜的故事，但影片却在自传体的长片中，通过日趋成熟的电影语言，表述着对人的生命的真诚。但是当影片进入第三段落时，在孙海英的表演始终踏着準确的节奏与完整的脉络走向全片高潮时，中年向阳的演员输在了气质上，同时编剧与导演在父子在后代生育问题的表现上太笨拙，没有电影语言的刻画，演员基本就像在演话剧一样说台词。自传体影片最大的缺点往往容易纵情或者是滥情，影片在父亲出走上就犯了这个毛病，过于写实与啰嗦，生怕观众看不明白，显得拖沓，导演控制力的火候不够。但瑕不掩瑜，因为导演的真诚足以弥补稚嫩，特别是结尾处生育的纪实描写，更让观众珍惜生命与亲情（新浪娱乐评）。