Al París dels anys 30, ple d’artistes, idealistes i bohemis amb ganes de canviar el món, Gilda (Charlize Theron), una jove fotògrafa irresistible, rica i despreocupada, comparteix apartament amb Guy (Stuart Townsend), un jove professor perdudament enamorat d’ella, i amb Mia (Penélope Cruz), una exiliada espanyola que es paga els seus estudis posant per Gilda. Entre els tres es forgen grans llaços d’amor i amistat.
Mentrestant, Hitler es fa més fort a Alemanya i la situació a Espanya empitjora fins al punt que Guy i Mia decideixen partir-hi per lluitar contra els feixistes, deixant a Gilda amb la sensació d’haver estat traïda.
Sis anys més tard, a punt de produir-se la invasió del dia D, Guy i Gilda tornen a trobar-se.