Il libro è strutturato in tre filoni: il diario di un ragazzo di famiglia borghese, Enrico Bottini, che riporta sulla pagina in prima persona episodi e personaggi della sua classe scolastica durante un anno in terza elementare, nell'anno scolastico 1881-82 presso una scuola di Torino; il filone epistolare, cioè le lettere che il padre scrive a Enrico, il protagonista; infine il filone narrativo, coi famosi «racconti mensili» del maestro elementare su varie storie, sempre interpretate da fanciulli. L'unità dei tre filoni è assicurata da un sentimento profondo, che anima la tensione educativa e morale della storia, davvero nata col cuore, al quale il titolo celeberrimo del libro aderisce. L'ambientazione generale è la Torino dell'Unità d'Italia, nel periodo tra il 1878 (anno d'incoronazione del Re Umberto I) e il 1886 (anno della pubblicazione del libro); più precisamente, gli eventi narrati sono ambientati fra il 17 ottobre 1881 e il 10 luglio 1882. Il chiaro intento pedagogico di De Amicis è ispirare ai giovani cittadini del Regno le virtù civili, ossia l'amore per la patria, il rispetto per l'autorità e per i genitori, lo spirito di sacrificio, l'eroismo, la carità e la pietà per gli umili e gli infelici. Lo sviluppo dell'anno scolastico è seguito in ordine cronologico, dal 17 ottobre 1881 al 10 luglio 1882: a ogni mese corrisponde un capitolo, in cui il diario di Enrico è intervallato da appunti dei familiari (padre e madre, solo una volta la sorella maggiore), che leggono le sue pagine e gli forniscono consigli di stampo etico e pedagogico utili per la sua crescita. A questi capitoli si aggiungono nove racconti, presentati mensilmente dal maestro di Enrico, che seguono le avventure, spesso con esito drammatico, di bambini italiani di varie regioni. Il diario termina con la notazione del trasferimento della famiglia e la perdita degli amici di Enrico, che dovrà frequentare la quarta elementare in un'altra città.