故事發生在1874年，美麗而又充滿朝氣的女主角安娜•卡列尼娜(凱拉·耐特麗 Keira Knightley 飾)已經擁有了一切同齡人渴求的東西，她的丈夫卡列寧(裘德·洛 Jude Law 飾)是一位高級政府官員，兩人已經育有一子，而她在聖彼得堡也擁有無與倫比的社交地位。她收到哥哥奧布朗斯基(馬修·麥克費登 Matthew Macfadyen 飾)的來信，這位花花公子希望她能來幫忙挽救他與妻子多麗(凱莉·麥克唐納 Kelly Macdonald 飾)之間的婚姻，而她也隨即踏上前往莫斯科的旅程。在路途中她結識了渥倫斯基伯爵夫人，之後又在車站遇到了伯爵夫人的兒子，帥氣的騎兵軍官渥倫斯基(亞倫·約翰遜 Aaron Johnson 飾)。當安娜被介紹給渥倫斯基時，兩人之間擦出了火花，雙方都被彼此吸引住了。
奧布朗斯基在莫斯科的住宅還迎來了另外一位訪客——奧布朗斯基的好友列文(多姆納爾·格利森 Domhnall Gleeson 飾)，一位敏感而好心的農場主。列文愛上了多麗的妹妹凱蒂(艾麗西卡•維坎德 Alicia Vikander 飾)。他不合時宜的向凱蒂求婚，但後者卻被渥倫斯基迷的神魂顛倒。不知所措的列文回到了他位於波克羅夫斯科的家，一心投入農場工作之中。而在一次社交舞會上，凱蒂發現渥倫斯基的眼中只有安娜，而已婚的安娜也同樣回應了年輕人的好感，目睹這一切的凱蒂傷心欲絕。
安娜掙紮著重歸平靜，她急忙趕回聖彼得堡的家，但渥倫斯基卻一路尾隨。她試圖重新回到過去的生活，但卻又對渥倫斯基充滿迷戀。兩人之間擦出了激情的火花，這一切也在聖彼得堡的社交圈鬧得沸沸揚揚。卡列寧陷入一個進退不能的境地，他不得不給自己的妻子下達最後通牒。安娜看穿了那個虛偽而不切實際的社交圈，她的應對帶來一些浪漫而又悲劇的後果，也嚴重改變了她以及她周圍人群的命運。
