Eigentlich hat die junge Bertha Ringer (Felicitas Woll) eine glänzende Zukunft vor sich: Sie soll Wilhelm von Mannstedt (Alexander Beyer) heiraten, was ihr ein gut situiertes Leben garantieren würde. Gesellschaftliche Stellung und finanzielle Sicherheit sind jedoch nicht das, wonach Bertha strebt. Bei einem Ball, bei dem alle die Verlobung erwarten, gesteht sie von Mannstedt, dass sie ihn nicht heiraten wird.

Sie lernt Carl Benz (Ken Duken) kennen und ist gleich angetan von ihm und seiner Vision eines Wagens, der nicht von Pferden gezogen, sondern von einem Motor angetrieben wird. Auch Carl ist begeistert von der jungen Frau, die sich so für seine Begeisterung einnehmen lässt. Bislang hat er nicht viele Unterstützer für seine Idee finden können.

Mit Sorge beobachten Berthas Eltern die Annäherung der beiden, wünschen sie ihrer Tochter doch ein sichereres und bequemeres Leben als dies die Ehe mit einem verschuldeten Mechaniker verspricht. Berthas Vater Friedrich Ringer (Hansjürgen Hürrig) jedoch hat trotz aller Bedenken auch einen Sinn für Träume und Träumer.

Berthas Vater lässt sich von ihr erweichen, vorzeitig ihre Mitgift und einen Teil ihres Erbes auszuzahlen, damit Carl seinen Partner, der die gemeinsame Werkstatt verlassen will, auszahlen kann. Mit Friedrich Ringers Hilfe steht dem Glück der beiden aber nun nichts mehr im Wege und sie heiraten.

Von Anfang an glaubt Bertha an Carls Visionen - manchmal sogar mehr als er selbst. Im Laufe der Jahre ist Carl immer wieder versucht, einfach alles hinzuwerfen. Denn seine Erfindung braucht nicht nur technisches Know-how, sondern auch Überzeugungskraft, mühsam aufzutreibende Geldgeber und viel Zeit. Je mehr er zögert, desto energischer versucht Bertha, ihm den Glauben an sich selbst zurückzugeben und ihn zum Weitermachen zu bewegen.

So gehen sieben Jahre ins Land, ohne dass es vorzeigbare Erfolge gäbe. Der Alltag im Hause Benz ist hart. Bertha kümmert sich um das Haus und die beiden Söhne, während Carl bemüht ist, mit seiner Firma ausreichend Geld für die Familie zu verdienen, damit sie nicht am Hungertuch nagen. Auf einen grünen Zweig kommen sie nicht.

Endlich gibt es Fortschritte zu vermelden: Hoffotograf Emil Bühler (Hannes Hellmann) lässt sich von der Begeisterung für den Fortschritt anstecken. Mit seinem Kapital gelingt es Carl, den Gasmotor für seinen Wagen zur Funktionsreife zu entwickeln. Carls Firma wird zu einer Aktiengesellschaft für Gasmotoren, ist erfolgreich und wächst - bis eine angebliche Patentrechtsverletzung allen Erfolg wieder zunichte macht.

Wieder ist es Bertha, die Carl in dieser Situation den Rücken stärkt. Sie hindert ihn aufzugeben, damit die Firma nicht in fremde Hände kommt. Die Aktionäre setzen Carl unter Druck, sie wollen die Leitung der Firma. Wieder stehen die beiden ganz am Anfang: Angestellten kann sich Carl nicht mehr leisten, er selbst arbeitet Tag und Nacht. Sie haben hohe Schulden. Die Entwicklung des Wagens ist in weite Ferne gerückt.

1886, fünf Jahre später, ist es so weit: Endlich ist der Wagen gebaut und Carl wagt eine erste Ausfahrt in Mannheim. Die endet zwar wegen eines Lecks im Vergaser nicht wie geplant, der erste Schritt aber ist getan. Carl Benz kann das "Fahrzeug mit Gasmotorenbetrieb" beim Patentamt anmelden.

Auf den Erfolg folgt aber auch schon der nächste Misserfolg: Als sich bei einer großen Ausstellung niemand für den Wagen interessiert und er ohne Auftrag zurückkommt, verliert Carl jeglichen Mut. Er will endgültig aufgeben.

Das will Bertha nicht akzeptieren. Ohne ihrem Mann etwas davon zu sagen, entschließt sie sich im August 1888, mit den beiden Söhnen Eugen und Richard im pferdelosen Wagen zu ihrer Mutter nach Pforzheim zu fahren. Wenn der Wagen die etwa 100 Kilometer schafft, muss er für längere Strecken einfach tauglich sein.

Die Fahrt ist kein leichtes Unterfangen. Immer wieder sorgen die drei für Aufsehen, sie erfahren Begeisterung, aber auch Ablehnung. Über die Feldwege fährt es sich nicht leicht, bei längeren Steigungen muss geschoben werden und das ein oder andere Teil geht bei der Fahrt kaputt. Und dann geht ihnen auch noch das Benzin aus. Aber sie geben nicht auf.

Der Film "Carl & Bertha" erzählt die Geschichte von unerschütterlichem Glauben, von Zuversicht und einer großen Liebe. Mit ihrer mutigen Fahrt im pferdelosen Wagen machte sich Bertha Benz in der Geschichte der Technik unsterblich. Gleichzeitig verschaffte sie der zukunftsweisenden Erfindung ihres Mannes den Durchbruch.