安 娜·卡列尼娜出身贵族，气质高雅，风度迷人，是彼得堡社交界著名的美人。她16岁时由姑母撮合嫁给了比她大20岁的卡列宁。卡列宁在政府部门担任要职，醉心于功名，孜孜于公务，是一架十足的官僚机器。他生性古板，毫无生活情趣，由不知爱情为何物。年轻、热情、生气勃勃的安娜与卡列宁结婚8年多，在死气沉沉的家庭里倍受压抑，只有儿子谢辽沙能给她快乐和慰藉。
　　安娜的哥哥司忒潘住在莫斯科，由于与家庭女教师有暖昧关系，妻子杜丽跟他闹起了矛盾。安娜为调解兄嫂矛盾，从彼得堡赶到莫斯科。在莫斯科火车站，安娜与“彼得堡的花花公子”渥伦斯奇相遇。两人不自觉地同时注视了对方一眼，在那短促的一瞥中渥伦斯奇已经注意到了有一股被压抑的生气在她的脸上流露，在她那亮晶晶的眼睛和把她的朱唇弄弯曲了的轻微笑容之间掠过。仿佛有一种过剩的生命力洋溢在她的全身，违反她的意志，时而在她的眼睛的闪光里，时而在她的微笑中显现出来。她故意地竭力隐藏住她眼睛里的光辉，但它却违反她的意志在隐约可辨的微笑里闪烁着。
　　当时，渥伦斯奇正在向杜丽的妹妹吉提献殷勤。另一个贵族地主列文也爱着吉提。吉提迷恋于渥伦斯奇，她拒绝了列文而满心期待着渥伦斯奇的求婚。然而，渥伦斯奇一见安娜，便把吉提抛在脑后了。在舞会上，他不顾期待着与他跳玛佐卡舞的吉提，而去邀请安娜对跳，把吉提撇在一旁，使吉提蒙受了羞辱，为此大病一场。
　　安娜意识到自己与渥伦斯奇之间所产生的微妙感情，为了避免再与渥伦斯奇见面，她提前返回彼得堡。但没有想到，渥伦斯奇竟然与她同车而行，在中途的一个车站上，当她下车去透透空气时，一眼便看到了渥伦斯奇。“她在最近几天中不止一次地对自己说，就是刚才她还在说，渥伦斯奇对于她不过是无数的、到处可以遇见的、永远是同一模型的青年之一，她决不会让自己去想他的；但是，现在和他遇见的最初的一刹那，她就被一种喜悦的骄矜的感情所袭击。”她陷于紧张和矛盾之中。在彼得堡车站，她第一个看到的就是前来接她的丈夫的面孔。一种不愉快的感觉扼住了她的心，好像她期望看到的并不是这样一个人。渥伦斯奇看到卡列宁，同样产生—种不快之感，正好像一个苦于口渴的人走于泉水边上，却发现一条狗、一只羊或是一只猪已在饮着，把水弄脏了的时候所产生的感受一样。
　　在彼得堡，安娜经常出入于可以见到渥伦斯奇的社交场合。渥伦斯奇对安娜更是如影随形，紧迫不舍。安娜得知吉提患了重病，要渥伦斯奇回到吉提身边去求得她的宽恕，渥伦斯奇却不顾一切地向安娜倾诉自己的爱情。安娜不许渥伦斯奇提到“爱”字，她说：“我所以不喜欢那个字眼就正因为它对于我有太多的意义，远非你所能了解的。”他们之间过分亲热的关系引起了社交界的纷纷议论。卡列宁决定要向妻子说明以下几点：“第一，说明舆论和礼仪的重要；第二，说明结婚的宗教意义；第三，如果必要，暗示我们的儿子可能遭遇的灾难；第四，暗示她自己可能遭受的不幸。”然而他的说明丝毫不起作用，安娜默默地认为“迟了，已经迟了。”从此以后，他们夫妻之间表面上一切如旧，但内在的关系完全变了。安娜终于成为了渥伦斯奇的情人。
　　一次盛大的赛马会，彼得堡所有上流社会的人们都聚集在这里。安娜和卡列宁也来了。渥伦斯奇是参赛的骑手之一，他在中途不慎摔下马来，安娜不由得大声惊叫，举止失常，当众哭泣。在回家的路上，卡列宁指责安娜举动有失检点，安娜绝望地望着丈夫冷冷的面孔说：“我爱他，我是他的情妇，我忍受不了你，我害怕你，我憎恶你……”卡列宁却要求安娜“严格地遵守外表的体面”。他现在唯一关心的事就是：如何才能去掉由于她的堕落而溅在他身上的污泥。他想到了决斗，但怕自己被打死或打伤，于是放弃这个念头；又想到了离婚或分居，但考虑到这样做的结果会使得安娜自由地去与渥伦斯奇结合，他便怒火中烧。最后他确信只有—个解决的途径，那就是：继续和她在—起，把发生的事隐瞒住世人，用一切手段去断绝他们的私情，而更重要的——虽然他自己没有承认这点——去惩罚她。他把这一决定写信告诉了安娜，安娜决心“不论怎样，我都要冲破他想用来把我擒住的那面虚伪的蜘蛛网”。
　　安娜跟渥伦斯奇有了孩子。安娜告诉卡列宁她即将分娩，请求丈夫同意和她离婚，并把儿子阿辽沙给她抚养。卡列宁不同意。她生下一个女孩，自己却患产褥热几乎死去。她在病床上乞求卡列宁的饶恕，并促使卡列宁与渥伦斯奇握手言和。卡列宁感受到上帝赐予自己的一种饶恕的幸福，渥伦斯奇也为此深受感动。渥伦斯奇感到了卡列宁的崇高和自己的卑劣，又感到自己已经永远失去了安娜，一切都完了，于是用手枪自杀。
　　安娜病愈后，尽管决心在卡列宁身边做个好妻子，但是无奈—看见他就发生一种生理的反感，为他对自己那种居高临下的态度而憎恨他。渥伦斯奇自杀未死，伤好后被派往塔什干，临行前去与安娜告别，他们一见面便又无法分开了。