安娜·卡列尼娜出身贵族，气质高雅，风度迷人，是彼得堡社交界著名的美人。她16岁时由姑母撮合嫁给了比她大20岁的卡列宁。卡列宁在政府部门担任要职，醉心于功名，孜孜于公务，是一架十足的官僚机器。他生性古板，毫无生活情趣，也不知爱情为何物。年轻、热情、生气勃勃的安娜与卡列宁结婚8年多，在死气沉沉的家庭里备受压抑，只有儿子谢辽沙能给她快乐和慰藉。
安娜的哥哥司忒潘住在莫斯科，由于与家庭女教师有暧昧关系，妻子杜丽跟他闹起了矛盾。安娜为调解兄嫂矛盾，从彼得堡赶到莫斯科。在莫斯科火车站，安娜与“彼得堡的花花公子”渥伦斯奇相遇。两人不自觉地同时注视了对方一眼，在那短促的一瞥中，渥伦斯奇已经注意到了有一股被压抑的生气在她的脸上流露，在她那亮晶晶的眼睛和把她的朱唇弄弯曲了的轻微的笑容之间掠过。仿佛有一种过剩的生命力洋溢在她的全身，违反她的意志，时而在她的眼睛的闪光里，时而在她的微笑中显现出来。她故意地竭力隐藏住她眼睛里的光辉，但它却违反她的意志在隐约可辨的微笑里闪烁着。
当时，渥伦斯奇正在向杜丽的妹妹吉提献殷勤。另一个贵族地主列文也爱着吉提。吉提迷恋于渥伦斯奇，她拒绝了列文而满心期待着渥伦斯奇的求婚。然而，渥伦斯奇一见安娜，便把吉提抛在脑后了。在舞会上，他不顾期待着与他跳玛佐卡舞的吉提，而去邀请安娜对跳，把吉提撇在一旁，使吉提蒙受了羞辱，为此大病一场。
安娜意识到自己与渥伦斯奇之间所产生的微妙感情，为了避免再与渥伦斯奇见面，她提前返回彼得堡。但没有想到，渥伦斯奇竟然与她同车而行。在中途的一个车站上，当她下车去透透空气时，一眼便看到了渥伦斯奇。“她在最近几天中不止一次地对自己说，就是刚才她还在说，渥伦斯奇对于她不过是无数的、到处可以遇见的、永远是同一模型的青年之一，她决不会让自己去想他的；但是，现在和他遇见的最初的一刹那，她就被一种喜悦的骄矜的感情所袭击。”她陷于紧张和矛盾之中。在彼得堡车站，她第一个看到的就是前来接她的丈夫的面孔，一种不愉快的感觉扼住了她的心，好像她期望看到的并不是这样一个人。渥伦斯奇看到卡列宁，同样产生一种不快之感，正好像一个苦于口渴的人走到了泉水边上，却发现一条狗、一只羊或是一只猪已在饮着，把水弄脏了的时候所产生的感受一样。
在彼得堡，安娜经常出入于可以见到渥伦斯奇的社交场合。渥伦斯奇对安娜更是如影随形，紧追不舍。安娜得知吉提患了重病，要渥伦斯奇回到吉提身边去求得她的宽恕，渥伦斯奇却不顾一切地向安娜倾诉自己的爱情。安娜不许渥伦斯奇提到“爱”字，她说：“我所以不喜欢那个字眼就正因为它对于我有太多的意义，远非你所能了解的。”他们之间过分亲热的关系引起了社交界的纷纷议论。卡列宁决定要向妻子说明以下几点：“第一，说明舆论和礼仪的重要；第二，说明结婚的宗教意义；第三，如果必要，暗示我们的儿子可能遭遇的灾难，第四，暗示她自己可能遭受的不幸。”然而他的说明丝毫不起作用，安娜默默地认为“迟了，已经迟了”。从此以后，他们夫妻之间表面上一切如旧，但内在的关系完全变了。安娜终于成为了渥伦斯奇的情人。
一次盛大的赛马会，彼得堡所有上流社会的人们都聚集在这里。安娜和卡列宁也来了。渥伦斯奇是参赛的骑手之一，他在中途不慎摔下马来，安娜不由得大声惊叫，举止失常，当众哭泣。在回家的路上，卡列宁指责安娜举动有失检点，安娜绝望地望着丈夫冷冷的面孔说：“我爱他，我是他的情妇，我忍受不了你，我害怕你，我憎恶你……”卡列宁却要求安娜“严格地遵守外表的体面”。他现在惟一关心的事就是：如何才能去掉由于她的堕落而溅在他身上的污泥。他想到了决斗，但怕自己被打死或打伤，于是放弃了这个念头；又想到了离婚或分居，但考虑到这样做的结果会使得安娜自由地去与渥伦斯奇结合，他便怒火中烧。最后他确信只有一个解决的途径，那就是：继续和她在一起，把发生的事隐瞒住世人，用一切手段去断绝他们的私情，而更重要的——虽然他自己没有承认这点——去惩罚她。他把这一决定写信告诉了安娜，安娜决心“不论怎样，我都要冲破他想用来把我擒住的那面虚伪的蜘蛛网”。
安娜跟渥伦斯奇有了孩子。安娜告诉卡列宁她即将分娩，请求丈夫同意和她离婚，并把儿子阿辽沙给她抚养。卡列宁不同意。她生下一个女孩，自己却患产褥热几乎死去。她在病床上乞求卡列宁的饶恕，并促使卡列宁与渥伦斯奇握手言和。卡列宁感受到上帝赐予自己的一种饶恕的幸福，渥伦斯奇也为此深受感动。渥伦斯奇感到了卡列宁的崇高和自己的卑劣，又感到自己已经永远失去了安娜，一切都完了，于是用手枪自杀。
安娜病愈后，尽管决心在卡列宁身边做个好妻子，但是无奈一看见他就发生一种生理的反感，为他对自己那种居高临下的态度而憎恨他。渥伦斯奇自杀未死，伤好后被派往塔什干，临行前去与安娜告别，他们一见面便又无法分开了。
吉提到国外疗养一段时间后，恢复了健康。列文再次向她求婚，得到允许。他们在莫斯科结婚后，便到乡下去开始了幸福的家庭生活。列文在自己的庄园里常常亲身参加劳动，农民把他叫做“一位朴实的地主老爷”。他面对着农奴制改革后“一切都翻了个身，一切都刚刚开始安排”的现实生活，努力探索新的经营农业的办法。他提出地主和农民都以同样的股东的身份参与农业经营，“以利害的调和一致来代替互相仇恨”。但是他的这种新的经营方法不能得到农民的信任。他在农业经营改革方面的失败，使他婚后一段时间的家庭生活并不如他所期望的那样美满幸福。他精神困惑，被“人为什么活着”的问题所苦恼，百思不得其解。最后从一个农民那儿得到了启示：人活着不是为了个人的欲望，而是为了上帝。列文终于获得了信仰，找到了生活的意义。
安娜和渥伦斯奇在欧洲旅行了3个月，厌倦了异国生活，匆匆回到俄国。她渴望见到儿子谢辽沙，但是，卡列宁在莉蒂亚伯爵夫人的怂恿下写了一封措辞刻毒的信，拒绝了她的要求。她被那封信的恶意所激怒，决定第二天，即谢辽沙生日的那天直接去看他。第二天一大早她便赶到丈夫的家，走进育儿室去看儿子。母亲和儿子紧紧拥抱，激动万分，都止不住哭了起来。卡列宁每天9点钟要来看儿子，为了避免与他相遇，安娜连给儿子带的玩具都没来得及拿出来，便匆匆离开了。但她还是和卡列宁碰了个对面。
在彼得堡和莫斯科，社交界一律对安娜关上了大门。只要她没有与丈夫离婚，没有与渥伦斯奇正式结婚，她就不可能受到人们的接待。安娜为了向社交界挑战，穿上她在巴黎定制的漂亮绸袍，去看歌剧。渥伦斯奇苦苦劝她不要去，说这“等于向社交界挑战，那就是说永远和它决裂”，安娜坚定地说：“我后悔我所做的事吗？不，不，不！假使一切从头再来，也还是会一样的。对我们，对我和你，只有一件事要紧：那就是我们彼此还相爱不相爱。”他对她保证了他的爱情，但是在心里却责备了她。果然，安娜在剧院受到了一位贵妇人的侮辱，这使她痛苦不堪。
安娜再次向卡列宁提出离婚，遭到拒绝。她和渥伦斯奇远离社交界，到乡村里定居下来。她经常约一帮年轻人来搞各种娱乐。她的想法是“我们得把这里搞得又热闹又有意思，使亚历克赛（渥伦斯奇）不要见异思迁”。然而渥伦斯奇却不能不为自己的将来顾虑。安娜把能够博得渥伦斯奇的爱情和补偿他为她所做的牺牲作为自己生活的惟一目的，渥伦斯奇很赏识她这一点，但是同时又很厌烦她想用来擒住他的情网。日子愈过下去，他就愈时常渴望着，倒不一定想逃脱，而是想试试这罗网到底妨不妨害他的自由。他们两个愈是孤独地过下去，就愈觉得受不了这种生活。他们之间的关系一天天恶化。在她那方面是由于他对她的爱情逐渐衰减，而在他那方面是懊悔为了她的缘故使自己置身于苦恼的境地中。
终于有一天他俩吵了一次架。渥伦斯奇出外一整天没有回家，晚上回家听说她头痛也没有去看她，第二天他又外出。安娜痛苦地想：他一定爱上了别的女人，这是非常明显的事。我要爱情，可是却没有。那么一切都完结了！她拍电报要渥伦斯奇马上回来，还亲自去火车站接他。但是在火车站没有看到渥伦斯奇，她又继续思索起来：“是的，我苦恼万分，赋予我理智就是为了使我能够摆脱，因此我一定要摆脱！如果再也没有可看的，而且一切看起来都让人生厌的话，那么为什么不把蜡烛熄了呢……这全是虚伪的，全是谎话，全是欺骗，全是罪恶！”突然间她回忆起自己和渥伦斯奇初次相逢那天被火车轧死的那个人，她醒悟到自己该怎么办了。她向迎面开来的火车走去，自言自语道：“到那里去，投到正中间，我要处罚他，摆脱所有的人和我自己……”
安娜死后，渥伦斯奇痛不欲生。他抱着必死的念头，参加了“志愿兵”，投入了塞尔维亚人对土耳其的战争。
长篇小说《安娜·卡列尼娜》的作者列夫·托尔斯泰（1828—1910）是俄国批判现实主义文学最伟大的代表，也是世界文学史上最伟大的作家之一。列宁曾说：“托尔斯泰是俄国革命的镜子”，肯定他的作品“在世界文学中占第一流的地位”。
《安娜·卡列尼娜》写于19世纪70年代。当时农奴制改革已过了10年，新的资本主义秩序刚在建立，新旧交替，导致了原先建筑在封建制度基础上的家庭、婚姻、伦理道德、宗教信念等一系列观念的混乱、动摇和崩溃。托尔斯泰怀着极度不安的心情紧张地思考和探索着俄国社会的出路问题。他在这部小说中所反映的社会生活，与俄国当时的社会生活几乎是并行的。能如此迅速而真实地通过长篇小说反映社会现实，这在文学史上是不多见的。
小说的另一重要成就是塑造了在俄国文学史上独具风采的女主人公安娜·卡列尼娜的形象。安娜是一位追求资产阶级个性解放的贵族妇女，她的全身心洋溢着热情和活力，却受到封建的传统观念、道德规范、法律条文、宗教教义的束缚与压抑。她对真正爱情和幸福生活的追求，虽然以失败告终，但她的行动确实是对贵族阶级的一个勇敢的叛逆，她的死不愧是对黑暗社会的一个有力的反抗，这种叛逆和反抗是正义的，并且在世界进步人类中赢得了广泛的共鸣。安娜的形象已经成为世界文学中的一个著名典型。
小说发表后，曾有人写信给托尔斯泰，抱怨他让安娜死在火车轮下，实在太残酷。托尔斯泰回答说：“根本讲来我那些男女主人公有时就常常闹出一些违反我本意的把戏来：他们做了在实际生活中常有的和应该做的事，而不是做了我所希望他们做的事。”这就是说，作家描写的安娜的命运，体现了生活自身的逻辑，这是不以人们的意志为转移的。