عماد استاد دانشگاهی خوشنام و یک چهره تلویزیونی مورد توجه است. او ناگهان توسط پلیس با اتهام‌هایی جدی مواجه می‌شود که خود و خانواده اش را در موقعیت پیچیده‌ای قرار می‌دهد.

امیر سپهر پسر شهید مفقود الاثری به نام عباس است. امیر سپهر افسر نیروی انتظامی است. او با تبحری که در گفتگو با مجرمان در حال فرار دارد می تواند بدون خونریزی آنها را تسلیم پلیس کند. در طی یک دستگیری به یک مجرم فراری خطرناک به نام انور قولی می دهد تا او خودش را تسلیم پلیس کند. از طرفی شب مهمانی بله برونش در عملیات دستگیری حضور داشت و نتوانست آنجا باشد. این موضوع باعث شد سیمین همسرش که یک سال صیغه اوست، دلخور شود و به پدرش نادر بگوید قصد جدایی دارد. از آن طرف اصرار امیر برای ازدواج و از طرفی پافشاری سیمین برای جدایی است که خبر پیدا شدن اجسادی در منطقه تفحص به گوش می رسد که با آزمایش DNA مشخص می شود پدر امیر، عباس است. سیمین پرستار است، در پی برگشت به خانه متوجه آزار کودکان خیابانی می شود که با تماس به پلیس و امیر متوجه سختی کار پلیس می شود و این موضوع باعث پشیمانی از قضاوت و تصمیمش می گردد.

پلیس آسمانی داستان پلیس مهربان و وظیفه‌شناسی را روایت می‌کند که در محله‌ای مشغول زندگی و خدمت است و با بچه‌های آن محله ارتباط صمیمی و دوستانه‌ای دارد در این محله عروسک‌هایی نیز حضور دارند که گاه شخصیت‌های منفی داستان هستند و همواره سعی دارند به هر طریقی، بچه‌های محله را به سوی اعمال خلاف بکشانند. اما هر بار «پلیس آسمانی» به نوعی وارد ماجرا می‌شود و ضمن هدایت بچه‌ها، آن‌ها را از مهلکه اعمال ناشایست و خلاف نجات می‌دهد.

این سریال ‍‍ژانر پلیسی جنایی با آمیزه‌های شاعرانه و عاشقانه دارد و موضوع آن در خصوص انسان‌هایی است که با توجه به نیروی شخصی و بدون حمایت اجتماع و فرد به طور خودکفا دست به کارشده است و در مقابل مشکل و چالش ایستادگی می‌کند.