แอนนา คาเรนินา (เคียรา ไนต์ลีย์) ขุนนางผู้มีเสน่ห์และลึกลับ ซึ่งพบว่าตัวเองพัวพันกับความรักต้องห้ามและความคาดหวังของสังคม ได้แต่งงานกับ คาเรนิน (จู๊ด ลอว์) เจ้าหน้าที่ระดับสูงของรัฐ แต่แล้วชีวิตของแอนนาต้องพลิกผันอย่างไม่คาดคิดเมื่อเธอได้พบกับเคานต์ วรอนสกี้ (แอรอน เทย์เลอร์-จอห์นสัน) ที่งานสังคม ขณะที่แอนนายอมจำนนต่อเสน่ห์แห่งความหลงใหลที่ไม่อาจต้านทานได้ ความสัมพันธ์ระหว่างเธอกับวรอนสกี้ก็กลายเป็นเรื่องอื้อฉาวในสังคมชั้นสูงของเซนต์ปีเตอร์สเบิร์ก
