1933年的一个雨夜，英国剑桥大学一年级学生盖伊的寝室里，突然闯入美艳动人的女子吉尔达。她浑身湿透，却带着不容抗拒的魅力，两人迅速坠入爱河。然而吉尔达向往自由与冒险，不久便离开剑桥前往巴黎，成为一名摄影师。

随着二战阴云笼罩欧洲，盖伊加入英国情报机构，潜入被纳粹占领的法国执行秘密任务。在巴黎，他与吉尔达意外重逢。此时的吉尔达周旋于德国军官之间，表面风光无限，实则暗藏秘密。盖伊怀疑她已变节，内心痛苦挣扎。

真相逐渐浮出水面：吉尔达实为双重间谍，以身体和名声为代价换取情报，默默协助盟军。两人在危险中重燃旧情，却因战争与使命屡次分离。最终，吉尔达为保护盖伊和情报网，选择牺牲自己。盖伊带着她的遗志继续战斗，那段巴黎烟云下的爱情，成为他余生最刻骨的记忆。