故事发生在1874年，美丽而又充满朝气的女主角安娜・卡列尼娜（凯拉・耐特丽 Keira Knightley 饰）已经拥有了一切同龄人渴求的东西，她的丈夫卡列宁(裘德・洛 Jude Law 饰)是一位高级政府官员，两人已经育有一子，而她在圣彼得堡也拥有无与伦比的社交地位。 她收到哥哥奥布朗斯基（马修・麦克费登 Matthew Macfadyen 饰）的来信，这位花花公子希望她能来帮忙挽救他与妻子多丽（凯莉・麦克唐纳 Kelly Macdonald 饰）之间的婚姻，而她也随即踏上前往莫斯科的旅程。在路途中她结识了渥伦斯基伯爵夫人，之后又在车站遇到了伯爵夫人的儿子，帅气的骑兵军官渥伦斯基（亚伦・约翰逊 Aaron Johnson 饰）。当安娜被介绍给渥伦斯基时，两人之间擦出了火花，双方都被彼此吸引住了。 奥布朗斯基在莫斯科的住宅还迎来了另外一位访客——奥布朗斯基的好友列文(多姆纳尔・格利森 Domhnall Gleeson 饰)，一位敏感而好心的农场主。列文爱上了多丽的妹妹凯蒂（艾丽西卡・维坎德 Alicia Vikander 饰）。他不合时宜的向凯蒂求婚，但后者却被渥伦斯基迷的神魂颠倒。不知所措的列文回到了他位于波克罗夫斯科的家，一心投入农场工作之中。而在一次社交舞会上，凯蒂发现渥伦斯基的眼中只有安娜，而已婚的安娜也同样回应了年轻人的好感，目睹这一切的凯蒂伤心欲绝。 安娜挣扎着重归平静，她急忙赶回圣彼得堡的家，但渥伦斯基却一路尾随。她试图重新回到过去的生活，但却又对渥伦斯基充满迷恋。两人之间擦出了激情的火花，这一切也在圣彼得堡的社交圈闹得沸沸扬扬。卡列宁陷入一个进退不能的境地，他不得不给自己的妻子下达最后通牒。安娜看穿了那个虚伪而不切实际的社交圈，她的应对带来一些浪漫而又悲剧的后果，也严重改变了她以及她周围人群的命运。
