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.
