Il film racconta la storia di un pittore spagnolo che incontra due turiste, Vicky e Cristina, di cui si innamora, ma è ancora legato alla ex moglie Maria Elena, con la quale ha un rapporto artistico – lavorativo, ma anche un profondo legame fatto di rispetto e di tenerezza.
Tra le due turiste americane avverrà una scissione e, mentre una andrà in crisi e metterà a repentaglio il rapporto con il fidanzato, l’altra entrerà a far parte dello strano triangolo artistico – erotico tra la bella Maria Elena e il suo ex marito Juan Antonio.