Het New Yorkse stel Sophie (Amanda Seyfried) en Victor (Gael García Bernal) reist naar het Italiaanse Verona voor een romantische vakantie. Helaas kan chefkok Victor onmogelijk weerstaan aan de lokroep van de lokale keuken. Sophie verkent dan maar in haar eentje de stad van Romeo en Julia. Ze ontmoet een groep dames met een bijzondere taak: de talloze brieven beantwoorden waarin vrouwen Julia om liefdesadvies vragen. Wanneer Sophie een aangrijpende brief uit 1951 vindt, beslist ze te antwoorden. Enkele dagen later staat de schrijfster (Vanessa Redgrave) voor haar neus, met haar knappe maar bezorgde kleinzoon (Christopher Egan) in touw. Claire is vastbesloten de verloofde terug te vinden, die ze decennia eerder in de steek liet. Samen met Sophie en haar kleinzoon doorkruist ze het mooie Toscane op zoek naar haar verloren geliefde Lorenzo...