Le jeune couple new-yorkais, Sophie (Amanda Seyfried) et Victor (Gael García Bernal), profitent de leurs vacances dans la romantique Vérone, en Italie. Pendant que Victor travaille comme chef-coque pour les cuisines locales, Sophie se retrouve seule pour visiter la célèbre cour de Juliette Capulet où un mûr est tapissé de lettres de femmes venues du monde entier, qui demandent conseil au sujet de leur vie amoureuse. Sophie qui rêve de devenir journaliste, se mêle au groupe de femmes chargées de répondre à ces missives au nom de Juliette. Un jour, Sophie découvre une lettre écrite il y a 50 ans par Claire Smith (Vanessa Redgrave), dans laquelle celle-ci raconte son histoire d'amour de jeunesse avec un bel italien. Bouleversée par ce récit, Sophie ne résiste pas à l'envie d'écrire à Claire. Cette réponse évoque tant de beaux souvenirs à Claire qu'elle décide de retourner avec son petit-fils (Christopher Egan) en Italie. Avec son petit-fils et Sophie, Claire parcourt les routes ensoleillées de la Toscane pour retrouver celui qu'elle n'a jamais oublié...
