19世紀ロシア。美しく魅惑的な社交界の華アンナ・カレーニナは、著名な政府高官の夫カレーニンと1人息子と共にサンクトペテルブルクに暮らしていた。
ある日、モスクワを訪れたアンナは、若き青年将校ヴロンスキー伯爵と出会う。一目で引かれ合う2人。熱烈なヴロンスキーからのアプローチを拒絶し続けるアンナだったが、自分の心を偽ることができず、ついにヴロンスキーと恋に堕ちる。
カレーニンは妻アンナの気持ちと行動を知りつつ、体面を保つために妻に忠告するにとどめていたが、当然心中穏やかではいられない。そんな夫にアンナは、堂々と「ヴロンスキーを愛している」と告げるのだった。
若くして結婚したアンナにとって、それは“初めての恋”にほかならなかったのだ。カレーニンとの離婚が成立しないまま、アンナはヴロンスキーとの間に娘をもうけ、一緒に暮らし始める。
だが、社交界の掟を破ったアンナに周囲が注ぐ視線は、当然冷たい。ヴロンスキーとの愛に全てを捧げる覚悟を決めていたアンナだったが、次第に精神的にも追い詰められていく。
一方、アンナの兄オブロンスキーは、自身の浮気が原因で妻ドリーとの夫婦仲が危機に瀕していたが、アンナの取りなしでどうにか事なきを得ていた。
オブロンスキーの若き友人リョーヴィンはドリーの妹キティに一度求婚するも、ヴロンスキーに夢中だったキティにあえなく振られ、田舎で農地経営に精を出していた。
キティもまたヴロンスキーへの淡い恋心を踏みにじられ、愛を信じられなくなっていたが、勇気を出したリョーヴィンからの2度目のプロポーズを受け入れる。
リョーヴィンとキティは真実の愛を手に入れ、地に足の着いた暮らしを始めるのだった。不安定なアンナを支えるヴロンスキーには、母が勧める縁談が持ち上がっていた。
疑心暗鬼にかられたアンナは朦朧と街をさまよい、自ら列車の前に身を投げる。
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