Dwie młode Amerykanki, Vicky (Rebecca Hall) i Cristina (Scarlett Johansson) przyjeżdżają na wakacje do Barcelony. Vicky, inteligentna i czuła, ma niedługo wyjść za mąż; otwarta na emocjonalne i seksualne przygody Cristina to jej zupełne przeciwieństwo. Podczas pobytu, obie bohaterki dają się wciągnąć w niekonwencjonalną, romantyczną i seksualną przygodę z Juanem Antonio (Javier Bardem), charyzmatycznym malarzem, uwikłanym w burzliwą i skomplikowaną relację ze swoją byłą żoną, Marią Eleną (Penélope Cruz).