彼得堡贵夫人安娜是皇室后裔，大官僚卡列宁的妻子。她的哥哥奥勃朗斯基住在莫斯科，过着放荡的生活。他与过去的家庭女教师发生暖昧关系，妻子道丽发觉后，非常痛苦。安娜为了调解哥嫂纠纷来到莫斯科，在火车站与近卫军军官渥伦斯基邂逅。安娜的高雅风姿和笑容中蕴含的一股被压抑的生气使渥伦斯基为之倾倒。

与此同时庄园贵族列文也来到莫斯科，他已年过三十，感到建立家庭的需要，决定向他青年时代就喜爱的吉提求婚，而当时吉提正迷恋着渥伦斯基，她拒绝了列文。但渥伦斯基见到安娜后就不再与吉提交往。安娜的到来使道丽和丈夫言归于好，却使道丽的妹妹吉提陷入不幸。

列文回到乡下，埋头从事农业改革，希望以此忘却个人生活上的失意。他尝试养育优种牲畜，引进农业机器，但总不能得到应有的效益。

安娜在归途中发现渥伦斯基也同车而行，她心神不宁，却又兴奋，回到彼得堡后，安娜和渥伦斯基在社交场合经常相遇法，在历史上第一次创立了科学的认识论。详见“马克思主，在一次宴会上渥伦斯基向安娜表白了爱情。他们两人单独在一起时间过长，引起人们议论，回到家卡列宁警告安娜要注意社交礼仪、遵守妇道。而这种官腔和说教反而使安娜关闭了心灵之门，从此她陷入情网而不能自拔。安娜与渥伦斯基的关系在赛马会上终于暴露：当渥伦斯基的马摔倒时，安娜的态度完全失常。回家途中安娜向丈夫承认了她是渥伦斯基的情人，但卡列宁却要求安娜一切维持现状，只是不许在家里接待渥伦斯基。

列文在农村常和农民一起劳动，向往过一种全新的生活，像农民一样朴实，但得知吉提曾大病一场，在国外疗养后即将回来，又激发了对她的爱，列文再次求婚，他们终于结合了。婚后住在庄园里，过着美满的生活，但是列文并没有得到真正的幸福。他在农业上的各种设想常常失败，农民不信任地主。他幻想建立一种股东联营方式，使农民和地主同样得益，达到“以利害的调和和一致来代替互相仇视”，但各种新方法、新措施都无效。他不知道该如何生活，苦恼得几乎自杀，最后从一个老农那儿得到了启示：“人活着不是为了填饱肚子，而是为了灵魂，为了上帝。”

安娜的处境越来越糟，她怀了孕，分娩时又患产褥热，几乎死去，病危时她向丈夫请求宽恕，并希望他与渥伦斯基和好，卡列宁出于基督徒的感情答应了她的要求。可是安娜病愈后又无法继续与丈夫生活下去，终于不等丈夫同意离婚，就与渥伦斯基一起到国外去了。在欧洲旅行三个月回来，安娜思念儿子，在谢辽沙生日时，她不顾一切撞进自己住过九年的那幢房子。看到儿子她激动异常，母子俩紧紧拥抱，难分难舍。直到卡列宁走进儿童室，安娜才不得不匆匆离去。从此，安娜永远失去了心爱的儿子，得不到离婚许可，与渥伦斯基只能是非法结合，上流社会的大门对她紧闭，处处遭受冷遇。她只能孤独地住在渥伦斯基的庄园里，想方设法消磨时间。当渥伦斯基一人外出时她就怀疑他另有新欢，因此两人发生口角。一次在争吵后安娜陷入绝望境地，一面写信发电报，一面追随渥伦斯基到了火车站。这时，她朦胧中想起他们第一次的相见以及当时一个工人被轧死的情景。这仿佛暗示了她的归宿。安娜向正在驶来的火车扑倒下去，生命的火焰熄灭了，她的痛苦也永远摆脱了。