U moskovskoj kući Oblonsky, gdje je "sve bilo pomiješano" krajem zime 1873., čeka ih vlasnikova sestra Anna Arkadijevna Karenina. Razlog obiteljske nesuglasice bio je taj što je princa Stepana Arkadijeviča Oblonskog njegova žena izdala za izdaju s guvernanom. Tridesetčetverogodišnji Steve Oblonsky iskreno žali Dollyinu suprugu, ali, istinski čovjek, ne uvjerava sebe da se pokaje zbog svojih djela. Veseli, ljubazni i nonšalantni Steve dugo je zaljubljen u svoju suprugu, majku petoro žive i dvoje mrtve djece i dugo je bio nevjeran prema njoj.
Stiva je potpuno ravnodušna prema poslu kojim se bavi, a šef je u jednoj od moskovskih prisutnosti, a to mu omogućuje da se nikad ne zanese, ne pogriješi i savršeno izvrši svoje dužnosti. Ljubazan, susretljiv s ljudskim nedostacima, šarmantni Steve koristi raspoloženje ljudi iz svog kruga, podređenih, šefova i općenito svih s kojima donosi svoj život. Dugovanja i porodične nevolje uznemiruju ga, ali ne mogu mu pokvariti raspoloženje toliko da ga natjeraju da odbije ručak u dobrom restoranu. Ruča s Konstantinom Dmitrijevičem Levinom, koji je došao iz sela, svojim vršnjakom i prijateljem iz mladosti.
Levin je došao ponuditi osamnaestogodišnju princezu Kitty Shcherbatskaya, sestru Oblonskog, u koju je bila dugo zaljubljena. Levin je siguran da takva djevojka, koja je prije svega zemaljska, poput Kitty, ne može voljeti njega, običnog vlasnika zemlje, bez posebnih darova, kako vjeruje. Pored toga, Oblonsky mu govori da je, očito, imao suparnika - sjajnog predstavnika santerburške „zlatne mladosti“, grofa Alekseja Kirilloviča Vronskog.
Kitty zna za Levinovu ljubav i s njim se osjeća lako i slobodno; s Vronskim je doživljava neshvatljivu nespretnost. Ali teško joj je da shvati vlastite osjećaje, ona ne zna kome dati prednost. Kitty ne sumnja da se Vronski uopće ne namjerava oženiti, a snovi o sretnoj budućnosti s njim natjeraju je da odbije Levina. Upoznavši majku koja je došla iz Sankt Peterburga, Vronski na postaji vidi Anu Arkadijevnu Karenjinu. Odmah primjećuje posebnu ekspresivnost Aninog cjelokupnog izgleda: "Kao da je višak nečeg toliko preplavio njezino biće da je prošlost njene volje bila izražena bilo u pogledu njezina pogleda ili u osmijehu." Sastanak je zasjenjena tužnom okolnošću: smrt čuvara stanice pod kotačima vlaka, što Anna smatra lošim znakom.
Anna uspijeva uvjeriti Dolly da oprosti mužu; U Oblonskoj kući uspostavlja se krhki mir, a Anna odlazi na bal s Oblonskim i Shcherbatskim. Na balu se Kitty divi Anninoj prirodnosti i gracioznosti, divi se posebnom, pjesničkom unutarnjem svijetu koji je u njenom svakom pokretu. Kitty puno očekuje od ove lopte: sigurna je da će joj to tijekom mazurke Vronski objasniti. Odjednom primijeti kako Vronski razgovara s Anom: u njihovim se očima osjeća neodoljiva žudnja jedno za drugim, svaka riječ odlučuje o njihovoj sudbini. Kitty odlazi u očaju. Anna Karenina vraća se kući u Petersburg; Vronski ju prati.
Optužujući sebe za neuspjeh u provodu utakmica, Levin se vraća u selo. Prije odlaska susreće se sa starijim bratom Nikolajem, koji živi u jeftinim sobama, sa ženom koju je uzeo iz bordela. Levin voli svoga brata, usprkos njegovom neodoljivom karakteru, koji stvara mnogo problema i sebi i drugima. Teško bolestan, usamljen, pijan, Nikolaj Levin strastven je za komunističku ideju i organizaciju neke vrste bravarskih artela; spašava ga od samopoštovanja.Susret s bratom pojačava sramotu i nezadovoljstvo samim sobom koji Konstantin Dmitrievich osjeća nakon utakmice. Smiri se samo u svom obiteljskom imanju Pokrovsky, odlučivši još teže raditi i ne dozvoliti sebi luksuz - što, međutim, nikad prije nije bilo u njegovom životu.
Njezin uobičajeni život u Petersburgu, kojem se Anna vraća, uzrokuje razočaranje. Nikad nije bila zaljubljena u svog supruga, koji je bio mnogo stariji od nje, i samo ga je poštovala. Sada njegovo društvo postaje bolno za nju, primjećuje njegove najmanje nedostatke: prevelike uši, naviku pucanja prstiju. Ljubav prema osmogodišnjem sinu Seryozhi ni nju ne štedi. Anna pokušava vratiti svoj duševni mir, ali ne uspijeva - uglavnom zato što Aleksej Vronski na sve načine pokušava dobiti svoje raspoloženje. Vronski je zaljubljen u Anu, a njegova ljubav je pojačana jer veza s damom velikog svjetla čini njegov položaj još sjajnijim. Unatoč činjenici da je cijeli njegov unutarnji život ispunjen strašću prema Ani, Vronski izvana vodi uobičajeni, veseli i ugodni život časnog časnika: s Operama, francuskim kazalištem, lopticama, konjskim utrkama i drugim užicima. Ali njihov je odnos s Anom previše različit u očima drugih od burnog sekularnog koketiranja; snažna strast izaziva opću osudu. Aleksej Aleksandrovič Karenin primjećuje stav svijeta prema romantičnosti svoje žene s grofom Vronskim i izražava svoje nezadovoljstvo Anom. Kao visoki dužnosnik, „Aleksej Aleksandrovič cijeli je život živio i radio na područjima službe koja se bavila odrazima života. I svaki put kad bi naišao na sam život, udaljavao se od njega. " Sada se osjeća u položaju čovjeka koji stoji iznad ponora.
Karenini pokušaji da zaustavi neodoljivu želju supruge za Vronskim, Anini pokušaji da se obuzda nisu bili uspješni. Godinu dana nakon prvog sastanka, ona postaje Vronska ljubavnica - shvaćajući da su sada zauvijek povezani, poput kriminalaca. Vronski je opterećen neizvjesnošću odnosa, uvjerava Anu da napusti muža i poveže svoj život s njim. Ali Anna se ne može odlučiti raskinuti s Karenjinom, pa čak i činjenica da očekuje dijete od Vronskog ne daje odlučnost.
Tijekom utrka, na kojima je prisutno cijelo visoko društvo, Vronski pada sa svoga konja Frou-Frou. Ne znajući koliko je ozbiljan pad, Anna tako otvoreno izražava svoj očaj da je Karenin prisiljena da je odmah odvede. Ona najavljuje suprugu svoju nevjeru, odvratnost. Ova vijest daje Alekseju Aleksandroviču dojam izvučenog bolesnog zuba: napokon se riješi patnje od ljubomore i odlazi u Petersburg, ostavljajući svoju ženu u zemlji, čekajući njegovu odluku. Ali, nakon što je prošao sve moguće mogućnosti za budućnost - dvoboj s Vronskim, razvod - Karenin odluči sve ostaviti nepromijenjeno, kažnjavajući i ponižavajući Anu uz zahtjev da promatra lažni izgled obiteljskog života pod prijetnjom odvojenosti od sina. Donijevši ovu odluku, Aleksej Aleksandrovič stekao je dovoljno smirenosti da se prepusti razmišljanjima o poslovima službe sa svojom uobičajenom tvrdoglavom ambicijom. Odluka njezina supruga uzrokuje da Anna eksplodira u mržnji prema njemu. Smatra ga bezdušnim strojem, ne misleći da ima dušu i potrebu za ljubavlju. Anna razumije da je uglavljena jer nije u stanju zamijeniti svoj trenutni položaj za položaj ljubavnika koji je napustio muža i sina i zaslužuje univerzalni prezir.
Kontinuirana neizvjesnost veze bolna je za Vronskog, duboko u njegovom srcu koji voli red i ima nepokolebljiv skup pravila ponašanja. Prvi put u svom životu ne zna kako se dalje ponašati, kako svoju ljubav prema Ani uskladiti sa svjetovnim pravilima. Ako je povezan s njom, bit će prisiljen podnijeti ostavku, a to mu također nije lako: Vronski ljubi regimentalni život, poštuju ga njegovi drugovi; on je također ambiciozan.
Život tri osobe upetljan je u mrežu laži. Sažaljenje prema suprugu izmjenjuje se s gnusom prema Ani; ona ne može pomoći susretu s Vronskim, kako to zahtijeva Aleksej Aleksandrovič. Konačno dolazi do porođaja tijekom kojeg Anna gotovo umire. Ležeći u groznici, ispričava se Alekseju Aleksandroviču, a kod njenog kreveta osjeća sažaljenje prema supruzi, nježno suosjećanje i duhovnu radost. Vronski, koga Anna nesvjesno odbija, doživljava goruću sramotu i poniženje. Pokušava pucati sam, ali oni ga spašavaju.
Anna ne umire, a kad prođe duhovno omekšavanje, uzrokovano blizinom smrti, opet počinje biti opterećeno od muža. Ni njegova pristojnost i velikodušnost, niti dirljiva briga za novorođenu djevojčicu ne oslobađaju je iritacije; ona mrzi Karenin čak i zbog njegovih vrlina. Mjesec dana nakon oporavka, Anna odlazi u inozemstvo s umirovljenim Vronskim i njegovom kćeri.
Živeći na selu, Levin se bavi imanjem, čita, piše knjigu o poljoprivredi i poduzima razne gospodarske reorganizacije koje seljaci ne odobravaju. Selo je za Levina "mjesto života, odnosno radosti, patnje, rada". Dečki ga poštuju, više od četrdeset kilometara idu ga konzultirati - i oni ga pokušavaju prevariti u vlastitu korist. Što se tiče Levina, nema namjernog odnosa prema narodu: on sebe smatra dijelom naroda, svi su njegovi interesi povezani sa seljacima. Divi se snazi, krotkosti, pravednosti seljaka i smeta im neopreznost, ležernost, pijanstvo, laž. U sporovima sa svojim nevjenčanim bratom Sergejem Ivanovičem Kozniševim, Levin tvrdi da zemaljska djelatnost ne koristi seljacima, jer se ne temelji ni na poznavanju njihovih stvarnih potreba, niti na osobnom interesu zemljoposjednika.
Levin osjeća svoju fuziju s prirodom; čuje čak i rast proljetne trave. Ljeti se kosi s muškarcima osjećajući radost jednostavnog rada. Unatoč svemu, smatra da je njegov život miran i sanja da ga promijeni u radni, čisti i opći život. U njegovoj duši neprestano se izvode neuhvatljive promjene, a Levin ih sluša. U jednom trenutku učinilo mu se da je pronašao mir i zaboravio svoje snove o obiteljskoj sreći. Ali ta se iluzija raspadne u prah kad sazna za Kittynu ozbiljnu bolest, a onda je vidi i sama, odlazeći svojoj sestri u selo. Osjećaj koji se činio mrtvim opet obuzima njegovo srce, a samo u ljubavi vidi priliku da riješi veliku životnu misteriju.
U Moskvi, na Obloncovoj večeri, Levin upoznaje Kitty i shvaća da ga voli. U stanju vrhovnog duhovnog uzdizanja, on daje ponudu Kitty i prima suglasnost. Odmah nakon vjenčanja mladi odlaze u selo.
Vronski i Anna putuju u Italiju. U početku se Anna osjeća sretnom i punom radosti u životu. Čak ni činjenica da je odvojena od sina, izgubila je iskreno ime i nanijela muževu nesreću, ne zasjenjuje njenu sreću. Vronski je s njom ljubazno poštuje, čini sve kako bi ona bila ne opterećena svojim položajem. Ali on, unatoč ljubavi prema Ani, osjeća čežnju i steže se u svemu što može dati značaj njegovom životu. Počinje slikati, ali imajući dovoljno ukusa, poznaje njegovu osrednjost i uskoro postaje razočaran u ovom zanimanju.
Po povratku u Peterburg, Anna očito osjeća njezino odbijanje: ne žele je prihvatiti, njezini poznanici izbjegavaju je upoznati. Uvrede svjetla također otrovaju Vronski život, ali, zaokupljena svojim iskustvima, Anna to ne želi primijetiti. Na Seryozin rođendan ona potajno odlazi kod njega i, konačno videvši svog sina, osjećajući njegovu ljubav prema sebi, shvaća da ne može biti sretna u odvojenosti od njega. U očaju, neugodno zamjera Vronskom da je prestao voljeti; trebao bi uložiti velike napore da je smiri, nakon čega odlaze u selo.
Prvi put u bračnom životu je težak za Kitty i Levina: jedva se navikavaju jedno na drugo, šarm daje mjesto razočaranju, svađi i pomirenju. Obiteljski život čini se Levinu kao čamcu: lijepo je gledati kako jedri po vodi, ali vrlo je teško vladati. Iznenada, Levin primi vijest da je brat Nikolaj na smrt u provincijskom gradu. Odmah mu ide; unatoč svojim prosvjedima, Kitty odluči voziti s njim. Vidjevši svog brata, iskusivši muku sažaljenja, Levin se još uvijek ne može riješiti straha i gađenja koji uzrokuju blizinu smrti u njemu. Šokiran je što se Kitty uopće ne boji umirućeg čovjeka i zna kako se ponašati s njim. Levin osjeća da ljubav koju njegova supruga ovih dana spašava od užasa i sebe.
Za vrijeme Kittyne trudnoće, o kojoj Levin saznaje na dan bratove smrti, obitelj nastavlja živjeti u Pokrovskom, gdje se ljeti okupljaju rođaci i prijatelji. Levin njeguje duhovnu intimu koju je uspostavio sa svojom suprugom, a muči ga ljubomora, bojeći se izgubiti tu bliskost.
Dolly Oblonskaya, posjetivši sestru, odluči posjetiti Anu Karenjinu, koja živi s Vronskim na njegovom imanju, u blizini Pokrovskog. Dolly je zadivljena promjenama koje su se dogodile u Karenjini, osjeća lažnost svog trenutnog načina života, posebno uočljivog u usporedbi s bivšom živošću i prirodnošću. Anna zabavlja goste, pokušavajući se dogovoriti sa svojom kćeri, čitajući i uređujući seosku bolnicu. Ali glavna joj je briga bila zamijeniti Vronskog sa svime što joj je ostavio. Njihovi odnosi postaju sve napetiji, Anna je ljubomorna na sve što mu je drago, pa čak i na zemaljsku djelatnost kojom se Vronski bavi uglavnom kako ne bi izgubio svoju samostalnost. Na jesen se sele u Moskvu čekajući Kareninu odluku o razvodu. Ali, uvrijeđen u svojim najboljim osjećajima, koji ga je supruga odbacila i našao sam, Aleksej Aleksandrovič pada pod utjecaj poznate duhovnice, princeze Myagkaya, koja ga uvjerava iz vjerskih razloga da ne da supruzi zločinačkoj razvod.
U vezi između Vronskog i Ane nema ni potpune prepirke, niti slaganja. Anna optužuje Vronskog za sve nedaće svog položaja; bojevi očajne ljubomore odmah se zamjenjuju nježnošću; svađe izbijaju s vremena na vrijeme. U Aninim snovima ponavlja se ista noćna mora: seljak se nagne nad njom, izgovori besmislene francuske riječi i učini nešto strašno s njom. Nakon posebno teške svađe, Vronski, suprotno Aninoj želji, ide u posjet svojoj majci. U potpunoj zbrci Anna vidi svoj odnos s njim, kao da je na jakom svjetlu. Shvaća da njezina ljubav postaje strastvenija i sebičnija, a Vronski, ne gubeći ljubav prema njoj, i dalje je opterećuje i pokušava ne biti nečasna u odnosu na nju. Pokušavajući dobiti njegovo kajanje, ona krene za njim na kolodvor, tamo se odjednom sjeti čovjeka kojeg je voz srušio na dan kad su se prvi put upoznali, a onda razumije što treba učiniti. Anna žuri pod voz; njezina posljednja vizija je mrmljajući seljak. Nakon toga, „svijeća, u kojoj je čitala knjigu punu tjeskobe, obmana, tuge i zla, bljesnula je svjetlijom svjetlošću nego ikad prije, osvijetlila je sve ono što je prije bilo u tami, puklo, počelo je zabljesnuti i ugasiti zauvijek“.
Život za Vronskog postaje mržnja; muči ga nepotrebno, ali neizbrisivo pokajanje. Dobrovoljno se borio za rat s Turcima u Srbiji; Karenin vodi kćerku k sebi.
Nakon rođenja Kitty, što je za Levina postalo dubokim duhovnim šokom, obitelj se vraća u selo. Levin je u mučnom neskladu sa samim sobom - jer nakon smrti brata i rođenja sina, on ne može za sebe riješiti najvažnija pitanja: smisao života, smisao smrti. Osjeća da je blizu samoubojstva i boji se hodati pištoljem kako ne bi pucao u sebe.Ali istodobno, Levin primjećuje: kad se ne pita zašto živi, u svojoj duši osjeća prisutnost nepogrešivog suca i njegov život postaje čvrst i odlučan. Napokon, shvaća da se poznavanje zakona dobra koje mu je osobno dano, Levin, u evanđeoskom Otkrivenju, ne može shvatiti razumom i izraziti riječima. Sada se osjeća sposobnim unijeti nesumnjiv smisao dobra u svaku minutu svog života.