1874 yılında genç ve güzel Anna Karenina (Keira Knightley), Rus politikacı Alexei Karenin (Jude Law) ile yaptığı evlilikle St. Petersburg'un yüksek sosyetesi içerisinde çok iyi bir konuma sahiptir ve bu evlilikten bir oğlu vardır. Bir gün erkek kardeşi Oblonsky’den eşi Dolly (Kelly Macdonald) ile arasını düzeltmesini isteyen ve onu Moskova’ya çağıran bir mektup alır. Bu yolculuk esnasında tanıştığı Kontes Vronsky'nin garda kendilerini karşılayan oğlu, genç subay Kont Vronsky (Aaron Taylor-Johnson) ile aralarında bir kıvılcım başlar. Anna, karşı koyamadığı bir aşka doğru sürüklenirken, Vronsky'den kaçıp St. Petersburg’a ve aile yaşantısına dönmesi ne hakkında çıkan dedikoduları engelleyebilir ne de yüreğinde duyduğu aşkı. Bu arada eşi Karenin, Anna'yı uyarır; halkın gözünde bir skandala yol açmıştır. Ama aşkı seçen kadına karşı Rus halkının ikiyüzlülüğü de bu şekilde ortaya çıkacaktır.