1880年、モスクワ。レヴィン(アルフレッド・モリーナ)は令嬢キティ(ミ ア・カーシュナー)に求婚。キティは若き軍人、ヴロンスキー伯爵(ショーン・ビーン)に夢中だったが、彼はロシア高官カレーニン夫人のアンナ・カレーニナ(ソフイー・マルソー)に一目惚れ。一度はヴロンスキーの愛を拒否したアンナだったが、やがて自らも情熱的な恋のとりこになった。ふたりの仲は社交界の噂となり、カレーニン(ジェームズ・フォックス)の知るところに。一方、再会したキティとレヴィンは結婚。アンナは夫を捨てヴロンスキーの元に走るが、8歳の息子セリョージャのことを忘れられない。カレーニンはアンナとの離婚を拒否。ヴロンスキーとの間にできた子供も流産してしまったアンナは、次第に追いつめられていくのだった。