安娜·卡列尼娜的哥哥奧布朗斯基公爵已經有五個孩子，仍和英國家庭女教師戀愛，因此和妻子多麗鬧翻，安娜從彼得堡乘車到莫斯科去在莫斯科為哥嫂調解，在車站認識了青年軍官渥倫斯基。渥倫斯基畢業於貴族軍官學校，後涉足於莫斯科社交界，以其翩翩風度得到了多麗的妹妹吉提的垂青，但他只與她調情，並無意與她結婚。 而深愛著吉提的康斯坦丁·列文也從鄉下來到莫斯科，他打算向吉提求婚。但早傾心於渥倫斯基的吉提卻拒絕了他的求婚，她正想象著與渥倫斯基將來的幸福生活。渥倫斯基是一個身體強壯的、黝黑的男子，有著一副和藹、漂亮而又異常沉靜和果斷的面孔。他的整個容貌和風采，令許多貴族小姐傾心。 在他看到安娜的一剎那，那刻被安娜所俘虜，他在薛傑巴斯大林基公爵家的舞會上，向安娜大獻殷勤。而吉提精心打扮想象著渥倫斯基要正式向她求婚，在吉提眼裡，安娜·卡列尼娜是那樣的出眾：“她那穿著簡樸的黑衣裳的姿態是迷人的，她那帶著手鐲的圓圓的手臂是迷人的，她那生氣勃勃的，美麗的臉蛋是迷人的，在舞會上……” 吉提發現渥倫斯基和安娜異常地親熱，這使她感到很苦悶。安娜不願看到吉提痛苦，勸慰了兄嫂一番，便回彼得堡去了。隨後渥倫斯基也來到彼得堡，開始對安娜的熱烈的追求，他參加一切能見到安娜的舞會和宴會，從而引起上流社會的流言蜚語。起初，安娜還一直壓抑著自己的情感，不久渥倫斯大林基的熱情喚醒了安娜沉睡已久的愛情。 安娜的丈夫亞歷山大·卡列寧其貌不揚，在官場中卻是個地位顯赫的人物，是一個“完全醉心於功名”的人物。他根本不懂什麼是傾心相愛的情感，他認為：他和安娜的結合是神的意志。他責備妻子行為有失檢點，要她注意社會性的輿論，明白結婚的宗教意義，以及對兒女的責任。他並不在乎妻子和別人相好，“而是別人注意到才使他不安”。 有一天，安娜與丈夫卡列寧一起去看一場盛大的賽馬會，比賽中渥倫斯基從馬上摔了下來，安娜情不自禁地大聲驚叫，卡列寧認為安娜有失檢點，迫使她提前退場。安娜無法忍受丈夫的虛偽與自私“我愛他……我憎惡你……”。卡列寧考慮了決鬥但又怕死；離婚又損名譽，考慮再三最後決定“不能因為一個下賤的女人犯了罪的緣故使自己不幸”，於是他要安娜維持表面的夫妻關係。 安娜已懷了渥倫斯基的孩子，在她分娩時，由於產褥熱而感染重病，拍電報給到邊遠省份去調查的卡列寧，卡列寧匆匆趕回，但心裡希望妻子早點死掉，安娜在昏迷中呼喚卡列寧的名字，請求他與渥倫斯基和好，卡列寧深受感動，原諒了她和渥倫斯基。 由於卡列寧的令人吃驚的寬厚，渥倫斯基感到自己是那麼的卑劣、渺小。安娜的愛情和自己的前途又是那麼的渺茫，絕望、羞恥、負罪感使他舉起了手槍自殺，但沒有死。死而復生的安娜和渥倫斯基的愛情更加熾熱，渥倫斯基帶著安娜離開了彼得堡，他們到國外旅行去了。 在奧勃朗斯基家的宴會上，列文與吉提彼此消除了隔閡，互相愛慕。不久他們結婚了，婚後他們回到列文的農莊，吉提親自掌管家務，列文撰寫農業改革的論文，他們生活很幸福美滿。 旅行了三個月，安娜感到無比的幸福，便她卻以名譽和兒子為代價。歸國後，她沒有回家，而是住在旅館裡，由於思念兒子，在兒子謝遼沙生日那天，偷偷去看他，天真無邪的謝遼沙不放媽媽走，他含著淚說：“再沒有比你更好的人了。” 他們返回彼得堡，遭到冷遇，舊日的親戚朋友拒絕與安娜往來，使她感到屈辱和痛苦。渥倫斯基被重新踏入社交界的慾望和輿論的壓力所壓倒，與安娜分居，儘量避免與她單獨見面，這使安娜感到很難過，她責問道：“我們還相愛不相愛？別人我們用不著顧慮。” 在一次晚會上，安娜受到卡爾塔索夫夫人的公開羞辱，回來後渥倫斯基卻抱怨她，不該不聽勸告去參加晚會。於是他們搬到渥倫斯基的田地莊上居住。渥倫斯基要安娜和卡列寧正式離婚，但她又擔心兒子將來會看不起她。3個月過去了，離婚仍無訊息。 渥倫斯基對安娜越來越冷淡了，他常常上俱樂部去，把安娜一個人扔在家裡，安娜要求渥倫斯基說明：假如他不再愛她，也請他老實說出來，渥倫斯基大為惱火。一次，渥倫斯基到他母親那兒處理事務，安娜問他的母親是否要為他說親，他要安娜不要誹謗他尊敬的母親，安娜認識到渥倫斯基的虛偽，因為他並不愛他的母親。 大吵之後，渥倫斯基憤然離去，她覺得一切都完了，安娜準備自己坐火車去找他，她想象著渥倫斯基現在正和他母親及他喜歡的小姐談心，她回想起這段生活，明白了自己是一個被侮辱、被拋棄的人，她跑到車站，在候車室裡接到了渥倫斯基的來信，說他10點鐘才能回來，她決心“不讓你折磨我了”，她倒在疾馳而過的車輪下。 卡列寧參加了安娜的葬禮，並把安娜生的女兒帶走了。渥倫斯基受到良心的譴責，他志願參軍去塞爾維亞和土耳其作戰，但願求得一死。

托爾斯泰第二部里程碑式的長篇小說，寫於1875—1877年。作品由兩條既平行又相互聯絡的線索構成：一條是安娜和卡列寧、渥倫斯基之間愛情、家庭和婚姻糾葛；一條是列文和吉提的愛情生活及列文進行的莊園改革。安娜是一個上流社會的貴婦人，年輕漂亮，追求個性解放和愛情自由，而她的丈夫是一個性情冷漠的“官僚機器”。一次在車站上，她和年輕軍官渥倫斯基邂逅。後者被她的美貌吸引，拼命追求。最終安娜墮入情網，毅然拋夫別子和渥倫斯基同居。但對兒子的思念和周圍環境的壓力使她陷入痛苦和不安中。在一次和渥倫斯基口角後，她感到再也無法在這虛偽的社會中生活下去，臥軌自殺了。小說揭露了上流社會的醜惡與虛偽，同時也表達了作家複雜的道德探索和思想探索。