L'histoire se passe en Russie au XIXe siècle. Anna Karénine y est une femme distinguée, séduisante, mariée et mère d'un jeune garçon. Sa vie simple et organisée est bouleversée par la rencontre d'un jeune officier charmeur qui a le coup de foudre pour elle : Alexis Vronski. Anna est malgré elle sensible à son charme, et va finir par tomber dans ses bras, à l'insu de son mari qui la croit totalement fidèle.
Le temps passe et bientôt, pour Anna et son amant, tout va mal : cette dernière a quitté son mari mais il ne veut pas le divorce, de plus, elle est partagée entre le désir de garder son fils, et celui de rester avec Vronski. Tourmentée par ces pensées, Anna n'en mène pas moins une vie agréable avec son amant et leur petite fille. Pourtant, elle a l'impression que celui pour qui elle a tout quitté se refroidit, et la pensée qu'il en aime une autre obsède son esprit. Dans un élan irraisonné, elle va finir par mettre fin à ses jours en se jetant sous un train, suicide qu'elle regrette au dernier moment mais il est trop tard. Vronski quant à lui s'engagera dans l'armée, espérant ainsi mourir tout en servant son pays.