Anna Karenina is filmmaker Joe Wright's gedurfde, theatrale nieuwe visie op de gelijknamige Russische klassieker geschreven door Lev Tolstoi. Het tijdloze verhaal onderzoekt het vermogen tot liefde, terwijl het tegelijk een licht werpt op de weelderige samenleving die het keizerlijke Rusland was.

Het is 1874. De levendige en mooie Anna Karenina heeft alles wat haar tijdgenoten ambiëren. Zij is de vrouw van Karenin, een hooggeplaatste regeringsfunctionaris met wie ze een zoon heeft, en haar sociale status in Sint-Petersburg kan nauwelijks hoger zijn. Ze reist naar Moskou nadat ze een brief ontvangt van haar flirtende broer Oblonsky, die haar vraagt om zijn huwelijk met Dolly te helpen redden. Onderweg maakt Anna kennis met gravin Vronsky, die vervolgens bij het treinstation wordt opgewacht door haar zoon, de onstuimige cavalerie-officier Vronsky. Wanneer Anna aan Vronsky wordt voorgesteld, is er een wederzijdse vonk van aantrekking, waar de twee niet onderuit kunnen.

Sidi Larbi Cherkaoui verzorgde de choreografie van Anna Karenina. Een heleboel Eastmandansers werkten mee aan de dansscènes en Eastmandanseres Guro Nagelhus Schia maakt haar acteerdebuut in de film.