Vicky (Rebecca Hall) en Cristina (Scarlett Johansson) zijn twee Amerikaanse vrouwen die de zomer in Barcelona doorbrengen. Daar ontmoeten ze een Spaanse schilder (Javier Bardem) en diens mooie, maar knettergekke ex-vrouw (Penélope Cruz). Samen raken ze verwikkeld in een romantisch avontuur dat voor sommige van hen een tragedie en voor andere een wonder is.