O bon vivant Luiz Mario (Marcelo Serrado) nunca pensou que uma bicicleta poderia mudar para sempre sua vida. O paulistano, que coleciona romances e casos amorosos, tem várias mulheres a seus pés, mas não se envolve emocionalmente com nenhuma. Isso até conhecer a carioca Malu (Fernanda de Freitas).

Em uma passagem pelo Rio de Janeiro, Luiz Mário se apaixona perdidamente pela garota, que o atropela de bicicleta na ciclovia da praia do Leblon. O acidente dá início a um lindo romance. Porém, a descoberta de uma carta de amor vai dar novos rumos a essa relação, pois Luiz Mario se deixa dominar pelo ciúme e a força da imaginação pode levar essa história ao extremo.

Inspirado no romance homônimo de Marcelo Rubens Paiva, Malu de Bicicleta é o terceiro longa assinado pelo cineasta Flávio Ramos Tambellini. Os anteriores, também baseados em obras literárias nacionais, são Bufo & Spallanzani e O Passageiro - Segredos de Adulto.