萨姆是芝加哥的一名建筑师，他心爱的妻子玛姬不幸得病去世，留下了他和一个八岁的儿子乔纳。父子俩十分的悲痛，特别是萨姆，他太爱玛姬了，她的过世对他的打击太大，整个人都变得很消沉。朋友们很担心他，给他介绍各种机构缓解心理悲痛，姐姐苏瑞和姐夫格雷格也过来，过问他的饮食起居。
但是这些都没有用，萨姆沉浸在伤痛中无法自拔，他的脑海中都是他妻子的身影，从前一家三口的幸福生活使他无法忘却。他决定搬家，和乔纳一起去往一个新的城市：西雅图，希望这个地方能让他不想起玛姬。于是，和姐姐姐夫告别之后，父子俩就飞往西雅图——一个没有玛姬的城市。
一年半之后，圣诞前夕，在美国的马里兰州，一个和西雅图遥遥相望的城市：巴尔的摩，一对幸福的情侣准备着大包小包的礼物，他们要拜访未来的岳父岳母。在合家团聚的晚宴，安妮·里德宣布了她和沃尔特订婚的消息，全家人都为他们祝福。吃完晚饭，妈妈来到阁楼上，拿出一件老式的礼服给安妮，安妮一边试穿礼服，一边和妈妈聊起了沃尔特。安妮和沃尔特的认识也很有戏剧性，他俩在同一个地方订三明治，沃尔特拿了安妮的生菜蕃茄全麦包，安妮却拿了他的生菜蕃茄白面包，于是两人就相识了。妈妈认为这是预兆，安妮却觉得只是巧合。然后妈妈也开始讲她和爸爸的相遇，虽然讲了无数次了，可她今天还想讲一遍：当年，她和家人待在大西洋城的时候，安妮的爸爸还是一名侍者。当晚他恰好与人调班，请她午夜到斯蒂尔码头散步：“然后他握着我的手，那一刻我低下头看看，分不出谁是谁的手。我心里便明白了……魔力！”
妈妈不知道，她说出的这个字眼：“魔力”，正是她女儿将要经历的一段梦幻般的缘分。
礼服穿戴好了，非常的漂亮，安妮张开双臂扑进了妈妈的怀里，可是左肩的袖口却突然崩裂了。原本不信预兆的安妮张口就说：“这不是个好兆头！”
夜深了，安妮和沃尔特要回去了，同来时一样，两人各自开自己的车，因为安妮要回去取忘带的东西，所以就落在沃尔特的后面。
虽然一个人开车行驶在圣诞节前夕的清静大道上，安妮还是心情愉快，她打开收音机，跟着里面的歌手唱起了欢快的《钤儿响叮当》。雀跃的心情让她的手也安静不下来，不停地换台，但是一个孩子的稚嫩的声音从电波中传来，顿时吸引了她。这正是萨姆的儿子乔纳，西雅图并没有让萨姆忘却旧事，他仍旧是郁郁寡欢。乔纳想给爸爸找一个新的妻子，让他能快乐起来。就给芝加哥电台的一个向全美直播的节目“情感世界”打了一个电话，主持人玛莎·菲尔斯通医生显然很感兴趣，就劝乔纳让爸爸接电话。安妮在汽车里一边听，一边自言自语地发表意见，听到这里，她气愤地说：“噢，阴险的女人！挂电话吧，乔纳！别听她的。”乔纳显然也不敢，因为这个电话他是偷偷地打的，要是爸爸知道了，他可没好果子吃。可主持人一再保证，爸爸肯定不会生气，安妮听着，轻蔑地问道：“打赌吗？”仿佛听到了安妮的话似的，乔纳说：“好吧，如果他冲我发脾气，我以后就再不听你的节目了。”安妮听了忍俊不禁。
此刻，在西雅图萨姆家，乔纳放下听筒，谎称有人找，把在甲板发呆的萨姆叫了进来。萨姆拿起分机的听筒，还以为是推销的，但当他听说对方是电台主持人，而此刻他们的对话正在全美直播，他非常惊奇，继而又生气。主持人辩解道：“我也不想侵犯你的隐私。”这时萨姆和安妮异口同声地说道：“你当然想。”安妮也觉得惊奇。自从玛姬离开之后，萨姆总是整夜失眠，对他来说，真爱只有一次，他无法像爱妻子一样再去爱另一个人。禁不住主持人柔和声音的诱导，也因为这是乔纳的一片苦心，萨姆开始谈他的妻子，他用一种伤痛之后的平静慢慢叙述道：“我打算每天清晨起床，整天呼吸，然后过不久，我就不必提醒自己早上起床、呼吸。然后过不久，我就不会常常想起我曾一度拥有的幸福。”汽车里的安妮已经热泪盈眶。
主持人继续问道：“萨姆，告诉我你妻子到底有什么特别之处？”
萨姆回答说：“你的节目有多长？噢，许许多多的小事情串在一起，可显示我们是前生注定。我一早就知道。第一次触摸她时我就肯定。就像是回家，却是前所未知的家。当我牵她的手扶她下车时，我就知道……”安妮在收音机旁和萨姆同时说出那一个奇妙的字眼：“魔力！”她的心震颤了。
几天后，安妮走进办公室（她是《巴尔的摩太阳报》的记者），听见她的朋友兼上司贝琪正在读一段新闻，“圣诞前夕芝加哥电信中断两小时，因为一名儿童打电话向电台诉说他爸爸需要新妻子。两千名妇女打电话索取那人的电话号码。”安妮一听，正是那晚她在电台亲耳听到的，于是她就开始讲述这个感人的故事，贝琪见她比较了解，就让她写一篇相关报道。但是随后，她就发现安妮有心事。自从听了“西雅图人未眠”之后，安妮确实有了心事，她觉得自己对萨姆有了奇怪的感情，但是她已经有了一个爱他的未婚夫，这种想法太疯狂了。
新年前夕，安妮和沃尔特参加舞会，一起跳舞庆祝新年，并且约定情人节在纽约渡过，表面上两人还是一对幸福如常的情侣，可只有安妮自己知道，在自己的内心深处，已经起了细微的变化。
此刻的萨姆却和儿子一起孤单地看着电视。儿子年幼，等不及新年钟声的敲响，已经进入了梦乡。在这个举国欢欣的夜里，独自醒着的萨姆更添凄凉。恍惚中，玛姬似乎来到了他的身边，他太想念她了。
一个下雨天，萨姆下班回家，发现邮递员送来一大堆的信，全是听众写来的，但是萨姆一点也不感兴趣。他的朋友杰伊向他介绍维多利亚，让他尝试着和她约会。萨姆同意了，而且鼓足勇气打了电话邀请她。
在巴尔的摩，安妮对“西雅图人未眠”也越陷越深，在一个睡不着的深夜，她又一次在电波中听到萨姆那段温柔的表白，并且再一次热泪盈眶。她去找哥哥丹尼斯诉说烦恼，也和贝琪倾诉，最后她还是决定写信给萨姆约他见面。可是信还没写完又被揉皱扔掉，毕竟她还有沃尔特。在凄清的深夜，安妮和萨姆，两个相隔千里素昧平生的人，坐在水边的椅子上，默默想着各自的心事。
第二天，安妮借口要写一篇电台直播节目的专访，通过电话辗转得到了萨姆的电话，然后又在电脑上搜查到了更多的信息，她传真给一家侦探社要求得到萨姆的照片和关于他生活的一些细节。但是她不知道，她那封丢掉的信被贝琪收了起来，并且寄到了萨姆家。信里，安妮约萨姆情人节在纽约帝国大厦顶楼见面，这是女人们都爱看的电影《金玉盟》里男女主人公约会的地方。
夜里，萨姆约了维多利亚吃晚饭，安妮雇的侦探也到了那里，并且拍了很多他们的照片。乔纳对安妮的信很感兴趣，不顾爸爸正在约会，打电话到餐厅，要爸爸情人节去纽约赴约。
为了讨好萨姆一家，特别是想赢得乔纳的喜爱，维多利亚买了很多菜到萨姆家做饭。谁知，乔纳一点也不喜欢她，相反是十分的讨厌。她的笑声像土狼似的，十分张狂，她的厨艺也不敢恭维。深夜，他偷偷地溜出来，发现维多利亚正在亲吻爸爸，他着急了，又打电话给“情感世界”节目，希望主持人能想个办法阻止。主持人一味的敷衍，让他很是着急，末了，还是他一声惊叫把爸爸从“烂货”手里解救出来。
此刻在巴尔的摩的安妮也因惊吓而惊叫起来，原来贝琪听到了电台节目，急忙把睡梦中的安妮叫醒。怕被沃尔特发现，安妮躲在橱柜里，一边听节目一边与贝琪通话，不料沃尔特突然拉开了柜门，所以惊叫起来。然后，乔纳和安妮，在不同的城市，却是同一个深夜，不得不各自对他们的行为做出解释，这个深夜，对他们来说都是一个不眠夜。
第二天，安妮去找贝琪，她要飞往西雅图，说是去采访。贝琪当然明白安妮的心思，同意了。
而这一天，维多利亚也要走了，父子俩去机场送行。她上机后，两人在出口处闲谈。此时，安妮正好下飞机，来到出口处，恰好出现在萨姆的眼前。她清丽脱俗的气质立即牢牢吸引住了萨姆。萨姆目不转睛地望着安妮，似乎都呆住了，眼看着伊人远去，急忙牵起乔纳的手，匆匆追随着她而去。无奈人群熙熙攘攘，还是跟丢了，他好不懊恼。
安妮没有看见他俩，自己凭着地图找到萨姆的家。在海滩边，她看到尽情玩耍的父子俩，父子俩开心的样子让她感动，但她还是没有勇气上前打招呼。
第二天，她再次驾车来到萨姆家。停下车之后，她透过车窗看到父子俩正在泊车，于是她下车鼓足勇气朝他们走去。正当她走到马路中央的时候；一个女人朝萨姆和乔纳奔去，三人抱在了一起，每个人都笑得那么开心。从背后看，她非常像侦探拍下的照片上的维多利亚——同样的身材，棕色的卷发。但其实她是苏瑞，萨姆在芝加哥的姐姐。
她愣在了路中央，一辆卡车呼啸而来。萨姆注意到了安妮并向她走去，看看是否能帮上忙。同时他也认出了安妮就是那天在机场见到的美丽的女士。
两人的心里都是莫名的滋味，只好傻傻地互相打了个简单的招呼：“你好！”“你好！”此时的安妮又能说些什么呢？她只好回去了。怀着尴尬、失落、悔恨的心情，她又飞回了巴尔的摩。在贝琪那里，她看到从西雅图寄给她的信，这是乔纳和他的伙伴杰西卡假冒萨姆拼凑的，因此言词十分幼稚可笑。安妮更加地生气，她决心忘掉这件愚蠢的事，忘掉这种古怪的感情，让“西雅图夜未眠”成为历史，和沃尔特重新开始。
情人节将至，“恢复正常”的安妮和沃尔特又开始了他们的热恋，而且决定结婚。沃尔特把母亲的戒指重新打过，送给安妮作为结婚戒指，给了她一个大大的惊喜。那一刻，安妮被感动了。
在西雅图，乔纳和杰西卡却在策划着纽约之行，爸爸对安妮没有兴趣，他准备自己前去。杰西卡的父母是旅行社的代理，所以杰西卡也熟悉票务的事情，她用电脑帮乔纳订了去纽约的机票。
情人节前一夜，乔纳和爸爸吵架了，萨姆明天要和讨厌的维多利亚单独出去共渡周未，这是乔纳无法忍受的。他不明白为什么爸爸就是不想去见安妮，他极力劝说爸爸明天去赴约，可是不见效。说着说着两人就吵了起来，嗓门一个比一个大，最后摔门拂袖，不欢而散。
第二天一早，萨姆兴冲冲地准备出行，却发现找不到儿子了，他非常着急，以为昨天的吵架让乔纳想不开。最后他找到杰西卡，从他那里知道乔纳已经独自飞往纽约。他惊呆了，连忙放下一切，赶往纽约，一路都在担心着。
乔纳满怀着希望与快乐，来到帝国大厦的顶楼，他很想早点见到安妮，他的新妈妈。可是等到天黑，也没见到她。他在人群之中不断地询问：“你是安妮吗？”但他还是失望了。人群渐渐稀少，灯火开始阑珊，乔纳孤独地蜷缩在地板上，小小的心灵充满失落和思念。
此时的安妮正在帝国大厦旁的一座摩天大楼内，与沃尔特共进浪漫情人晚餐，透过玻璃窗，她能清晰地看到帝国大厦。暮色之中，大厦仿若一座气势恢宏的宫殿，她不由得想到那个约会，有点不安，她决定将那个“西雅图夜未眠”的故事原原本本地告诉沃尔特。沃尔特平静地听完安妮的讲述，当安妮最后说她不能嫁给他时，他也没有生气。他爱她，也理解她，但婚姻不能迁就，他决定放走安妮。安妮将戒指还给沃尔特，两人好聚好散，一场突如其来的分手变得平静而又友好。
夜色朦胧中，帝国大厦的彩灯亮了，楼面上形成一个巨大的红心，那是爱的标志。安妮惊奇地说：这是一个预兆。她一定要上去看看，这么想着，人已经飞奔了出去。等她进人大厦，发现观赏台已经不让进了，但她不甘心，最后还是说服了管理员，放她上去了。
萨姆比安妮先一步到了大厦的顶楼，找到了他心爱的儿子，两人紧紧地拥抱在一起。虽然才分别一天，但那种久别的思念和失而复得的惊喜还是让父子俩忘乎所以。
人已经走光了，观赏台要关门了，萨姆和乔纳走进电梯，该下楼了。门关上的时候，旁边的电梯门却开了，正是好不容易说服管理员才上来的安妮。
观赏台上空无一人，但她还是执拗地要转一圈看看。在栏杆旁边，她俯瞰城市，回想所发生的一切，试图忘却没找到萨姆而引起的失望，这时，她发现了一件东西——在她脚旁的一个儿童背包。她捡起包，拉开拉链，里面是一只玩具熊，正是乔纳忘记的书包。她一扭头，发现萨姆和乔纳正匆匆地向她赶来，三人都愣住了。
多么奇妙的相遇啊，两人互相看着对方，慢慢地走近，目光中，满是欣喜。
萨姆开口问道：“是你？”“是我。”
萨姆又说：“我在街上见过你。”乔纳插话问道：“你是安妮吗？”“是的。”乔纳笑了起来，这个新妈妈正合他的心意。萨姆十分惊奇，想不到这个一见之后再也不能忘的女人就是安妮，他也笑了。安妮将玩具熊还给乔纳。三人都沉浸在温馨甜蜜的感情氛围中，但是警卫在后面咳嗽暗示三人尽快离开。
“我们该走了。”萨姆说道。听到这句话，安妮露出疑惑和失望的神色，但是萨姆随后说道：“一块儿走好吗？”然后向安妮伸出手，安妮露出了会心的笑容，将手放入萨姆的手中，两人紧紧地握着慢慢走回电梯。三个人都那么幸福快乐，因为他们的梦想成真。这当中最快乐、最得意的当然要属乔纳。