En una tormentosa noche de 1933, Guy Malyon (Stuart Townsend), un irlandés de diecinueve años, está trabajando en su escritorio del St John's College, en Cambridge, cuando una chica empapada irrumpe en su habitación: es la mujer más bella que haya visto jamás. Medio francesa, medio norteamericana, la notoria Gilda Bessé (Charlize Theron) acaba de escaparse por los pelos de ser sorprendida en las habitaciones de su novio, uno de los tutores veteranos del College.
Procedentes de mundos completamente distintos, ambos se sienten, sin embargo, mutua e irresistiblemente atraídos. Tres años más tarde, les hallamos compartiendo un apartamento en el distrito de Montmartre, en París, junto a Mia (Penélope Cruz), una amiga de Gilda que ha huido de la Guerra Civil española.
El idealista Guy hace lo que puede para encajar en el estilo de vida hedonista de Gilda, pero dado que Hitler se hace cada vez más fuerte en Alemania y que la situación de España empeora, tanto él como Mia parten para luchar contra los fascistas, dejando a Gilda con la sensación de haber sido traicionada. 18 meses más tarde, la Guerra en España se ha perdido, y tras la muerte violenta de Mia, Guy regresa a París. Sin embargo, Gilda se niega a verlo. Exhausto y destrozado, Guy decide regresar a Londres.
La ocupación nazi tiene París totalmente bajo su control. Seis años más tarde, Guy, convertido ahora en miembro de una de las organizaciones de inteligencia clandestinas de Gran Bretaña, cae en paracaídas sobre Francia para contactar con elementos de la Resistencia. En lo que deviene un momento petrificante, descubre a Gilda junto a un oficial alemán. Como es habitual en ella, sólo parece importarle su propio bienestar.
A punto de producirse la invasión del día D, y para mayor confusión y sorpresa de Guy, Gilda le salva la vida en una emboscada urdida como consecuencia de cierta información que se ha filtrado entre las fuerzas alemanas. Pero cuando la Liberación ya está próxima, es Gilda quien se halla en gran peligro como sospechosa de colaboracionismo. Guy deberá afrontar una carrera contrarreloj para salvarla.
