Deux jeunes Américaines, Vicky et Cristina sont venues passer l'été sous le soleil de Barcelone. La première est une femme sérieuse, sur le point de se marier, la seconde, une fille émotive et sexuellement affranchie. A Barcelone, Vicky et Cristina sont entrainées dans une surprenante série d'aventures amoureuses avec un peintre charismatique, Juan Antonio, resté lié à son ex-épouse, l'impétueuse Elena.