1874-cü ildə gənc və gözəl Anna Karenina (Keira Knightley), rus siyasətçi Aleksey Kareninlə (Jude Law) evliliyi sayəsində Sankt-Peterburqun yüksək cəmiyyətində mötəbər bir mövqeyə sahibdir və onların bu evlilikdən bir oğlu var. Bir gün qardaşı Oblonskidən həyat yoldaşı Dolli (Kelly Macdonald) ilə arasını düzəltməsini istəyən və onu Moskvaya çağıran bir məktub alır. Bu səyahət zamanı tanış olduğu qrafinya Vronskayanın vağzalda onları qarşılayan oğlu, gənc zabit qraf Vronski (Aaron Taylor-Johnson) ilə aralarında bir qığılcım yaranır. Anna qarşı dura bilmədiyi bir eşqə sürüklənərkən, Vronskidən qaçıb Sankt-Peterburqa və ailə həyatına qayıtması nə haqqında çıxan şayiələrin qarşısını ala bilir, nə də qəlbindəki sevgini söndürə bilir. Bu arada həyat yoldaşı Karenin, Annaya xəbərdarlıq edir; o, xalqın gözündə bir qalmaqala səbəb olmuşdur. Lakin sevgini seçən qadına qarşı rus cəmiyyətinin ikiüzlülüyü də bu şəkildə üzə çıxacaqdır.