Nueva York, años 50. Therese Belivet (Rooney Mara), una joven dependienta de una tienda de Manhattan que sueña con una vida mejor, conoce un día a Carol Aird (Cate Blanchett), una mujer elegante y sofisticada que se encuentra atrapada en un matrimonio infeliz. Entre ellas surge una atracción inmediata, cada vez más intensa y profunda, que modificará sus vidas para siempre.