В московския дом на Облонски, където „всичко е смесено“ в края на зимата 1873 г., сестрата на собственика Анна Аркадиевна Каренина ги чака. Причината за семейното раздора беше, че княз Степан Аркадиевич Облонски е осъден от жена си за измяна с гувернантка. Тридесет и четири годишният Стив Облонски искрено съжалява съпругата на Доли, но, като е истински човек, не се уверява, че се разкайва за делата си. Веселият, мил и безхаберен Стив отдавна вече не е влюбен в съпругата си, майката на пет живи и две мъртви деца и отдавна не е верен към нея.
Stiva е напълно безразличен към бизнеса, с който се занимава, служейки като шеф в едно от присъстващите в Москва и това му позволява никога да не се увлича, да не допуска грешки и да изпълнява перфектно своите задължения. Приятен, снизходителен с човешките недостатъци, чаровният Стив се възползва от разпореждането на хората от своя кръг, подчинените, шефовете и като цяло всички, с които той води живота си. Дълговете и семейните неприятности го разстройват, но те не могат да му развалят достатъчно настроението, за да го накарат да откаже обяда в добър ресторант. Вечеря с Константин Дмитриевич Левин, дошъл от селото, негов връстник и приятел от младостта му.
Левин дойде да направи оферта на осемнадесет годишната принцеса Кити Щербатска, снаха на Облонски, в която тя беше влюбена отдавна. Левин е сигурен, че такова момиче, което е преди всичко земни неща, като Кити, не може да го обича, обикновен стопанин, без специални дарове, както вярва. Освен това Облонски му казва, че очевидно е имал съперник - блестящ представител на петербургската „златна младеж“, граф Алексей Кирилович Вронски.
Кити знае за любовта на Левин и се чувства с него лесно и свободно; с Вронски тя изпитва непонятна неловкост. Но й е трудно да разбере собствените си чувства, тя не знае на кого да даде предпочитание Кити не подозира, че Вронски изобщо няма намерение да се ожени за нея и мечтите за щастливо бъдеще с него я карат да откаже Левин. Срещайки майка си, която дойде от Санкт Петербург, Вронски вижда Анна Аркадиевна Каренина на гарата. Той веднага забелязва специалната изразителност на целия външен вид на Анна: „Сякаш излишък от нещо толкова я надрушаваше, че миналото на волята й беше изразено или в проблясъка на погледа, или в усмивката й.“ Срещата е засенчена от тъжно обстоятелство: смъртта на стражаря на гарата под колелата на влака, която Ана смята за лоша поличба.
Анна успява да убеди Доли да прости на съпруга си; В Облонската къща се установява крехък мир и Анна отива на бала с Облонски и Щербатски. На бала Кити се възхищава на естествеността и изяществото на Анна, възхищава се на специалния, поетичен вътрешен свят, който е във всяко нейно движение. Кити очаква много от този бал: тя е сигурна, че по време на мазурката Вронски ще й обясни. Внезапно тя забелязва как Вронски говори с Анна: във всеки техен поглед се усеща неустоимо копнене една към друга, всяка дума решава съдбата им. Кити оставя в отчаяние. Анна Каренина се връща у дома в Петербург; Вронски я следва.
Обвинявайки се за провала на мача, Левин се завръща в селото. Преди да замине, той се среща с по-големия си брат Николай, който живее в евтини стаи с жена, която взе от бардак. Левин обича брат си, въпреки неудържимия си характер, който създава много неприятности както на себе си, така и на другите. Тежко болен, самотен, пиещ, Николай Левин е страстен от комунистическата идея и организацията на някакъв вид ключарска артіла; това го спасява от самоуважение.Среща с брат му засилва срама и недоволството от самия него, които Константин Дмитриевич изпитва след мача. Той се успокоява само в семейното си имение Покровски, като решава да работи още по-усилено и да не си позволи лукса - което обаче никога досега не е било в живота му.
Обичайният й петербургски живот, в който Анна се завръща, причинява разочарованието й. Никога не беше влюбена в съпруга си, който беше много по-възрастен от нея и го уважаваше само. Сега обществото му става болезнено за нея, тя забелязва и най-малките му недостатъци: прекалено големи уши, навик да пръска пръсти. Любовта към осемгодишния син Сериожа също не я спасява. Анна се опитва да си възвърне спокойствието, но не успява - главно защото Алексей Вронски се опитва по всякакъв начин да получи разпореждането си. Вронски е влюбен в Анна, а любовта му се засилва, защото аферата с дамата на големия свят прави позицията му още по-блестяща. Въпреки факта, че целият му вътрешен живот е изпълнен със страст към Анна, външно Вронски води обичайния, весел и приятен живот на офицер от охраната: с операта, френския театър, топки, конни надбягвания и други удоволствия. Но връзката им с Анна е твърде различна в очите на другите от натоварващия светски флирт; силната страст предизвиква общо осъждане. Алексей Александрович Каренин забелязва отношението на света към романтиката на жена си с граф Вронски и изразява недоволството си от Анна. Като високопоставен служител „Алексей Александрович живял и работил целия си живот в областите на служба, занимаващи се с размисли за живота. И всеки път, когато се натъкваше на самия живот, той се отдалечаваше от него. " Сега той се чувства в положението на мъж, който стои над бездната.
Опитите на Каренин да спре неудържимото желание на съпругата му към Вронски, опитите на Анна да се сдържа са неуспешни. Година след първата среща тя става любовница на Вронски - осъзнавайки, че сега те са свързани завинаги, като престъпници. Вронски е обременен от несигурността на отношенията, убеждава Анна да напусне съпруга си и да свърже живота си с него. Но Анна не може да реши да скъса с Каренин и дори фактът, че очаква дете от Вронски, не дава решителност.
По време на състезанията, в които присъства цялото висше общество, Вронски пада от коня си Frou-Frou. Не знаейки колко сериозно е падането, Ана толкова открито изразява отчаянието си, че Каренин е принудена незабавно да я отведе. Тя съобщава на съпруга си за изневярата, отвращението си. Тази новина създава на Алексей Александрович впечатление за изваден болен зъб: най-накрая се освобождава от страданието от ревност и заминава за Петербург, оставяйки жена си в страната, в очакване на решението си. Но, след като премине през всички възможни варианти за бъдещето - дуел с Вронски, развод - Каренин решава да остави всичко непроменено, като наказва и унижава Ана с изискването да спазва фалшивата поява на семейния живот под заплахата от раздяла със сина си. Вземайки това решение, Алексей Александрович придобива достатъчно спокойствие, за да се отдаде на мисли за делата на службата с обичайната си упорита амбиция. Решението на съпруга й кара Ана да избухне в омраза към него. Тя го смята за бездушна машина, като не мисли, че има душа и нужда от любов. Анна разбира, че е в ъгъл, защото не е в състояние да размени сегашната си позиция за позицията на любовник, който е изоставил съпруга и сина си и заслужава всеобщо презрение.
Продължаващата несигурност на връзката е болезнена за Вронски, дълбоко в сърцето му, който обича реда и има непоклатим кодекс на поведение. За първи път в живота си той не знае как да се държи по-нататък, как да приведе любовта си към Анна в съответствие със светските правила. Ако е свързан с нея, той ще бъде принуден да подаде оставка и това също не е лесно за него: Вронски обича полковия живот, уважаван е от другарите си; той също е амбициозен.
Животът на трима души е заплетен в мрежа от лъжи. Жалко за съпруга си се редува с отвращение към Анна; тя не може да помогне на среща с Вронски, както изисква Алексей Александрович. Накрая настъпва раждането, по време на което Анна почти умира. Лежейки в треска, тя се извинява на Алексей Александрович, а в леглото му той изпитва съжаление към съпругата си, нежно състрадание и духовна радост. Вронски, когото Анна отхвърля несъзнателно, изпитва парещ срам и унижение. Той се опитва да се застреля, но те го спасяват.
Анна не умира и когато премине духовното омекване, причинено от близостта на смъртта, тя отново започва да бъде обременена от съпруга си. Нито неговото благоприличие и щедрост, нито докосването на загриженост за новородено момиче не я освобождават от раздразнението; тя мрази Каренин дори заради добродетелите му. Месец след възстановяването си Анна заминава в чужбина с пенсионирания Вронски и дъщеря му.
Живеейки в селото, Левин се занимава с имението, чете, пише книга за селското стопанство и предприема различни икономически преустройства, които не са одобрени от селяните. Селото за Левин е „място на живота, тоест радости, страдания, труд“. Момчетата го уважават, тъй като повече от четиридесет мили отиват да се консултират с него - и се стремят да го измамят в своя полза. По отношение на Левин няма умишлено отношение към хората: той смята себе си за част от народа, всичките му интереси са свързани със селяните. Той се възхищава на силата, кротостта, справедливостта на селяните и се дразни от тяхната безгрижност, помия, пиянство и лъжи. В спорове с неженения си брат Сергей Иванович Кознишев, Левин твърди, че земската дейност не е от полза на селяните, тъй като не се основава нито на познаване на истинските им нужди, нито на личния интерес на собствениците на земя.
Левин усеща сливането си с природата; той чува дори растежа на пролетната трева. През лятото той се коси с мъжете, усещайки радостта от простия труд. Въпреки всичко това той смята живота си за празен и мечтае да го промени в работещ, чист и общ живот. В душата му непрекъснато се правят неуловими промени и Левин ги слуша. По едно време му се стори, че е намерил покой и е забравил мечтите си за семейно щастие. Но тази илюзия се разпада на прах, когато разбере за сериозната болест на Кити, а после я вижда сама, отивайки при сестра си в селото. Чувството, което изглеждаше мъртво, отново завладява сърцето му и само в любовта вижда възможност да разреши голямата мистерия на живота.
В Москва, на вечерята на Облонски, Левин се среща с Кити и осъзнава, че тя го обича. В състояние на върховен духовен подем той прави предложение на Кити и получава съгласие. Веднага след сватбата младите заминават за селото.
Вронски и Анна пътуват до Италия. В началото Анна се чувства щастлива и изпълнена с радост в живота. Дори фактът, че е разделена със сина си, загубил честното си име и причинил нещастието на съпруга си, не засенчва щастието й. Вронски с уважение се държи с нея, той прави всичко, за да не бъде обременен от нейното положение. Но той, въпреки любовта си към Анна, изпитва копнеж и се вкопчва във всичко, което може да даде значение на живота му. Започва да рисува, но имайки достатъчно вкус, знае своята посредственост и скоро се разочарова от това занимание.
След завръщането си в Петербург Ана ясно усеща отхвърлянето си: те не искат да я приемат, нейните познати избягват да се срещат с нея. Обидите на светлината също отровят живота на Вронски, но, заета с нейните преживявания, Анна не иска да забележи това. На рождения ден на Серьожа тя тайно отива при него и най-накрая вижда сина си, усещащ любовта му към себе си, тя осъзнава, че не може да бъде щастлива в раздяла с него. В отчаяние, в досада тя упреква Вронски, че е спрял да я обича; той трябва да положи големи усилия да я успокои, след което те заминават за селото.
Първият период на брачен живот е труден за Кити и Левин: те трудно свикват един с друг, чарът отстъпва на разочарованието, кавгите на помирението. Семейният живот изглежда на Левин като лодка: хубаво е да гледате да се плъзгате по водата, но е много трудно да управлявате. Изведнъж Левин получава новина, че брат Николай е на смърт в провинциалния град. Веднага отива при него; въпреки протестите си, Кити решава да се вози с него. Виждайки брат си, изпитвайки изпитваща съжаление към него, Левин все още не може да се отърве от страха и пренебрежението, които причиняват близостта на смъртта в него. Шокиран е, че Кити изобщо не се страхува от умиращия мъж и знае как да се държи с него. Левин чувства, че само любовта на жена му спасява тези дни от ужас и себе си.
По време на бременността на Кити, за която Левин научава в деня на смъртта на брат си, семейството продължава да живее в Покровски, където роднините и приятелите се събират за лятото. Левин съкрови духовната близост, която е установил със съпругата си и е измъчван от ревност, страхувайки се да не загуби тази близост.
Доли Облонская, посещавайки сестра си, решава да посети Анна Каренина, която живее с Вронски в имението му, близо до Покровски. Доли е изумена от промените, настъпили в Каренина, тя усеща фалшивостта на сегашния си начин на живот, особено забележима в сравнение с предишната си живост и естественост. Анна забавлява гостите, опитвайки се да се справи с дъщеря си, да чете и да урежда селска болница. Но основната й грижа е да замени Вронски с всичко, което той е оставил за нея. Връзката им става все по-напрегната, Анна ревнува от всичко, което му е любимо, дори от земската дейност, с която Вронски се занимава главно, за да не загуби независимостта си. През есента те се преместват в Москва, очаквайки решението на Каренин за развод. Но, обиден в най-добрите си чувства, отхвърлен от съпругата си и се оказа сам, Алексей Александрович попада под влиянието на известната спиритуалистка, принцеса принцеса Мягкая, която го убеждава от религиозни съображения да не дава на престъпната съпруга развод.
В отношенията между Вронски и Анна няма нито пълно спор, нито съгласие. Анна обвинява Вронски за всички трудности на своята позиция; пристъпи на отчаяна ревност моментално се заменят с нежност; от време на време избухват кавги. В сънищата на Анна се повтаря същият кошмар: някой селянин се навежда над нея, произнася безсмислени френски думи и прави нещо ужасно с нея. След особено тежка кавга Вронски, противно на желанието на Анна, ще посети майка си. В пълно объркване Анна вижда връзката си с него, сякаш на ярка светлина. Тя разбира, че любовта й става все по-страстна и егоистична и Вронски, не губи любов към нея, все още е обременен от нея и се опитва да не бъде непочтен по отношение на нея. Опитвайки се да получи угризението му, тя тръгва след него към гарата, там изведнъж си спомня за мъжа, смазан от влака в деня, в който за първи път са се срещнали, и тогава тя разбира какво трябва да направи. Анна се втурва под влака; последната й визия е мрънкащ селянин. След това „свещ, в която тя прочете книга, изпълнена с тревоги, измами, скръб и зло, мигаше по-ярка светлина от всякога досега, озари я всичко, което преди беше в тъмнина, пукнато, избледняло и угасна завинаги“.
Животът се превръща в омраза за Вронски; измъчва се от безполезно угризение, което е излишно, но незаличимо. Доброволци за войната с турците в Сърбия; Каренин завежда дъщеря си при него.
След раждането на Кити, което се превърна в дълбок духовен шок за Левин, семейството се завръща в селото. Левин е в болезнено противоречие със себе си - защото след смъртта на брат си и раждането на сина си той не може да реши за себе си най-важните въпроси: смисъла на живота, смисъла на смъртта. Той чувства, че е близо до самоубийството и се страхува да ходи с пистолет, за да не се застреля.Но в същото време Левин отбелязва: когато не се пита защо живее, усеща присъствието на непогрешим съдия в душата му и животът му става твърд и решителен. И накрая, той осъзнава, че познанието за законите на доброто, дадено лично на него, Левин, в Евангелското Откровение, не може да бъде схванато от разума и изразено с думи. Сега той се чувства способен да влага безспорния смисъл на доброто във всяка минута от живота си.