Lillebror is het jongste lid van een heel gewoon gezin in Stockholm. De achtjarige jongen voelt zich vaak eenzaam, omdat er 's middags niemand tijd voor hem heeft - zijn ouders werken en zijn twee oudere broers en zussen zijn vaak met hun vrienden onderweg. Lillebrors grootste wens is daarom een hond - een trouwe metgezel voor gezamenlijke avonturen. In plaats daarvan verschijnt er op een dag een wonderlijke figuur in zijn leven: meneer Karlsson. Deze is klein en dik, heeft bijna een kale kop, is behoorlijk arrogant, houdt van snoepjes en woont op het dak. Maar het belangrijkste is dat Karlsson een propeller op zijn rug heeft, waarmee hij kan vliegen. Lillebror is dolenthousiast over het gezelschap van zijn nieuwe vriend, zelfs als deze soms wat onrust veroorzaakt.