"Air Mata Surga" menceritakan tentang Fikri (Richard Kevin), ahli desain, jatuh cinta pada Fisha (Dewi Sandra), mahasiswi S2 di Yogyakarta. Perkenalan mereka diawali kala Fikri diminta Fisha untuk menjadi dosen pembimbing tugas akhirnya. Sementara itu, teman Fisha, Hamzah (Morgan Oey), sudah lama menaruh hati pada Fisha. Bahkan Bunda, ibu Fisha (Ayu Diah Pasha), dan Weni (Adhitya Putri) sahabat Fisha merestui kedekatan mereka. Tapi, Fisha menganggap Hamzah seperti kakaknya sendiri.

Fikri memberi kejutan dengan melamar Fisha. Setelah Fisha lulus S2, mereka pun menikah. Hubungan Fisha dengan ibu Fikri, Halimah (Roweina), kurang harmonis. Sudah lama Halimah menjodohkan Fikri dengan Riri (Imaz Fitria), anak sahabat almarhum suaminya. Meski demikian, Oma Aida (Titi Dibyo) dan adik Fikri, Dian (Andania Suri) justru dekat dengan Fisha.

Takdir berkata lain. Fisha keguguran  sampai dua kali. Fisha sangat sedih dan terpukul. Dia merasa sudah sangat berhati-hati menjaga kehamilannya, bahkan berhenti kerja sebagai guru TK yang menjadi kegembiraannya. Fikri tidak pernah menyalahkan Fisha atas segala musibah yang terjadi.

Saat Fikri pergi bisnis di luar kota, Fisha mengalami kesakitan yang luar biasa di perutnya. Dokter mengatakan bahwa Fisha terkena kanker rahim stadium akhir. Fisha mohon pada Halimah agar merahasiakan penyakitnya dari Fikri. Mengetahui bahwa waktunya tidak banyak lagi dan tidak akan bisa punya anak, Fisha mengambil langkah pengorbanan yang yang membuktikan bahwa cinta sejati itu hadir.