故事始于奥布朗斯基公爵和英国家庭女教师恋爱,与妻子道丽闹翻,求助于其妺安娜。安娜从圣彼得堡到莫斯科替二人调解,在车站认识了年轻军官佛伦斯基(Alexei Kirillovich Vronsky)。并在莫斯科一次舞会中和佛伦斯基发生致命的恋情,自此不能自拔,佛伦斯基为求得美人,追随安娜至圣彼得堡,两人陷入热恋,频频幽会,安娜怀孕后向丈夫承认了私情。卡列宁一度想与妻子分居,但为存面子,拒绝离婚并要求妻子终止恋情。后来安娜分娩时难产,在死亡面前,得到卡列宁的原谅。病后安娜无法压抑自己对佛伦斯基的爱,终于离家出走。
佛伦斯基带着安娜前往意大利旅行,这时安娜感到无比的幸福。其后回到俄罗斯,于儿子生日时,按捺不住偷偷会见自己的儿子,却无法见容于俄国社会。上流社会把安娜看作堕落的女人,断绝和她的往来。安娜只得移居乡下,靠写作打发时间。二人共处日久,佛伦斯基和安娜在生活上的不信任日增。安娜认为情人为前途名誉离她而去,沮丧失望之下,为处罚佛伦斯基,在火车驶近时跳下火车月台自杀。葬礼之后,亚历山大·卡列宁带走她的女儿,佛伦斯基受到良心的谴责,大病一场,后来志愿从军,前往巴尔干参战,但求一死。