Século XIX. Anna Karenina (Keira Knightley) é casada com Alexei Karenin (Jude Law), um rico funcionário do governo. Ao viajar para consolar a cunhada, que vive uma crise no casamento devido à infidelidade do marido, ela conhece o conde Vronsky (Aaron Johnson), que passa a cortejá-la. Apesar da atração que sente, Anna o repele e decide voltar para sua cidade. Entretanto, Vronsky a encontra na estação do trem, onde confessa seu amor. Anna resolve se separar de Karenin, só que o marido se recusa a lhe conceder o divórcio e ainda a impede de ver o filho deles.
