Merupakan produksi keroyokan dari beberapa rumah produksi, yaitu MVP Pictures, Studio Denny JA, Dapur Film, Argi Film, dan Mizan Productions, Mencari Hilal diproduseri oleh Raam Punjabi, Hanung Bramantyo, Putut Widjanarko, dan Salman Aristo. Sebagai pemeran Mahmud, si pencari hilal, dipilihlah aktor senior yang sudah malang melintang di dunia akting, Dedi Soetomo. Oka Antara berperan sebagai Heli, anak Mahmud. Selain dua nama tersebut, masih ada pula nama Toro Margens sebagai sahabat Mahmud dan Erythrina Baskoro sebagai puteri Mahmud.
Mahmud adalah seorang pria yang selalu berusah menerapkan perintah Islam dalam berbagai aspek kehidupannya. Sayang, semangat ini tercederai ketika mendengar isu bahwa sidang Isbat untuk menentukan datangnya hilal yang diadakan Kementerian Agama menelan dana hingga 9 miliar. Hal ini membuat Mahmud teringat kembali tradisi mencari hilal di pesantren dulu, sebuah perjalanan yang sarat makna spiritual, tapi sudah lama tidak dilakukan sejak pesantren tersebut bubar. Di penghujung umurnya yang menua, Mahmud ingin mengulang tradisi itu untuk membuktikan kepada semua orang bahwa ibadah tidak dibuat untuk memperkaya diri. Hilal bisa ditemukan tanpa harus menelan biaya milyaran.
Sayang, upayanya ini mendapat larangan Halida, puterinya karena mengkhawatirkan kesehatan Mahmud yang menurun. Karena kekerasan hati Mahmud, Halida luluh dengan satu syarat, bahwa Mahmud harus ditemani Heli, anak bungsu Mahmud yang sudah sejak lama pergi dari rumah karena selalu bertentangan dengannya. Heli sang aktivis lingkungan hidup ini kerap kali membuat Mahmud gerah karena sangat kritis terhadap agama. Heli sendiri sebenarnya menolak menemani Mahmud. Namun terpaksa menuruti permintaan Halida agar kakaknya yang bekerja di kantor imigrasi itu membantunya mengurus paspornya yang kadaluarsa bertepatan dengan libur Lebaran. Heli ingin ke luar negeri membantu para aktivis dunia berjuang melawan perusakan lingkungan di Nikaragua.
Dengan terpaksa, kedua bapak-anak ini melakukan perjalanan bersama dan bertemu banyak orang, di antaranya Arifin Toro Margens), teman lama Mahmud yang kini menjadi seorang caleg ambisius. Berhasilkah Mahmud memenuhi janjinya untuk melihat hilal di lokasi yang ditentukan dalam tradisi pesantrennya sebelum datangnya Idul Fitri? Berhasilkah Heli mendapatkan paspor barunya tepat waktu dengan membantu Mahmud yang selalu ingin dihindarinya itu? Mungkinkah Ramadhan kali ini menautkan kembali dua hati yang terpisah ini?
