Dos turistas americanas, Vicky y Cristina, llegan a Barcelona para pasar el verano en la ciudad mediterránea. Vicky ha de buscar información para su tesis sobre la identidad catalana, sin embargo su principal ocupación será la de hacer turismo y ver la ciudad junto con su amiga.
Una tarde conocerán a un pintor, llamado Juan Antonio Gonzalo, que les invitará a pasar un fin de semana en Oviedo con la intención de seducir a ambas. Vicky está haciendo planes de futuro con Doug, su prometido, y por eso intenta mantenerle a raya, pero Cristina no le pondrá tantos reparos y se verá envuelta en una aventura nada convencional con Juan Antonio, a quien la tempestuosa relación que mantuvo con su ex esposa, Maria Elena, le ha marcado profundamente y aunque él lo niegue, aún sigue evocando su figura con nostalgia.