Nueva York, años 50. Therese Belivet (Rooney Mara) es una joven empleada de una tienda de Manhattan que sueña con una vida mejor cuando un día conoce a Carol Aird (Cate Blanchett), una mujer elegante y sofisticada que se encuentra atrapada en un matrimonio infeliz. Entre ellas surge una conexión inmediata que irá haciéndose más intensa y profunda, cambiando la vida de ambas para siempre.