Der Film erzählt die turbulente Geschichte der Freunde Vicky (Rebecca Hall) und Cristina (Scarlett Johansson), zwei Amerikaner, die nach Barcelona kamen, um ihre Sommerferien zu verbringen.
Obwohl die beiden seit dem College sehr enge Freunde sind und die gleichen Ideen und Geschmäcker über die meisten Dinge teilen, sind sie in Bezug auf die Liebe diametral entgegengesetzt. Vicky ist mit einem Mann verlobt, der ihr Stabilität und Zuneigung verleiht und von realistischen Beziehungen angezogen wird, in denen die Dinge natürlich und ohne allzu großen Aufwand ablaufen. Cristina hingegen hat andere Erwartungen an die Liebe. Sie betrachtet Leiden als einen unverzichtbaren Bestandteil der Erkrankung und akzeptiert sie daher als solche. Sie weiß nicht genau, was er von seinem potenziellen Partner erwartet, aber sie weiß genau, wie es NICHT sein sollte. Was Cristina an einem Mann wenigsten mochte, war genau das, was Vicky am meisten schätzte.
In Barcelona treffen die beiden Juan Antonio (Javier Bardem), einen charismatischen Maler mit einem exzentrischen Lebensstil, der sein Leben nach seinen eigenen Vorstellungen und Idealen gerne in einem libertinen Stil lebt. Frisch aus einer berühmten, durchschlagenden Scheidung, die die Kunstwelt in Barcelona erschütterte, zieht er die beiden in eine Reihe unkonventioneller romantischer Abenteuer.
Obwohl er überhaupt nicht ihre Art von Mann ist, ziehen die Unterschiede sie an und am Ende verliebt sich Vicky in Juan Antonio, aber weil sie gleich heiraten wird, versucht sie, ihre Gefühle zu hemmen. Cristina, die nicht in eine andere Beziehung verwickelt ist, wird verführt und beginnt eine schöne Liebesgeschichte mit ihm. Alles läuft normal, bis Juan Antonio einen Anruf erhält, in dem bekannt gegeben wird, dass Maria Elena (Penelope Cruz), seine Ex-Frau, versucht hat, Selbstmord zu begehen, und in Barcelona ins Krankenhaus eingeliefert wird.
Weil sie nirgendwo leben konnte, brachte Juan Antonio sie zu sich nach Hause, wo er einige Zeit mit Cristina gelebt hatte. Die drei verbringen immer mehr Zeit miteinander und nach und nach tritt Maria Elena – eine ebenso schöne wie turbulente Frau – in das Leben der beiden ein. Dies geschieht so langsam, dass Cristina keine Zeit hatte, die Situation im Detail zu analysieren. Er nahm es als solches. Immerhin war sie nicht einmal der Typ, der den Faden in vier Teile teilte, und so entschied sie sich, das Leben zu genießen und jeden Moment zu genießen. So konnte es nicht auf unbestimmte Zeit weitergehen, und eines Tages erkennt Cristina, dass ihr Lebensstil sie nicht charakterisiert, und beschließt, das Liebesdreieck zu verlassen.
Die Gefühle, die er für Juan Antonio hatte, geben Vicky keinen Frieden. Obwohl sie inzwischen geheiratet hat und ihr Mann der richtige Mann ist, kann sie den Abend mit dem unkonventionellen Maler nicht vergessen. Die Situation wird für sie noch schwieriger, da Juan Antonio nach Cristinas Abreise immer eindringlicher mit ihr Kontakt aufnimmt und es für sie immer schwieriger wird, der Versuchung zu widerstehen. Die Abenteuer der vier schaffen viele lustige Momente. Durch den Film gelingt es Woody Allen, die Liebe in all ihren Formen auf eine Weise hervorzuheben, die ebenso lustig und hemmungslos wie realistisch ist.