Dans le Paris frivole des années 1850, Marguerite Gautier est une courtisane richement entretenue par un duc bien plus âgé qu'elle. Belle et spirituelle, la jeune femme s'affiche avec son amie Prudence dans les théâtres et parade dans les soupers fins. Pourtant, Marguerite est malade, phtisique et condamnée à brève échéance: elle a choisi de consacrer les dernières années de son existence à une quête effrénée de tous les plaisirs.

Parmi ses nombreux soupirants, le plus empressé est le comte Varville : elle se moque de lui. Par contre, l'amour sincère d'Armand Duval, qui la regarde comme une femme et non comme une courtisane, la touche profondément. Elle éprouve bientôt pour lui une folle passion.

Qu'importe alors que le duc l'abandonne, l'important est de garder Armand auprès d'elle. Celui-ci s'apprête à aider sa maîtresse désormais sans ressources. Mais cette liaison compromet le prochain mariage de sa sœur avec le fils d'une riche famille. Son père intervient alors, en secret, auprès de Marguerite.

Le vieil homme croyait trouver une femme légère et découvre une amoureuse. Ému, il obtient néanmoins de Marguerite qu'elle s'efface. Convaincu d'avoir été abandonné, Armand veut se venger et, lors d'une soirée à laquelle Marguerite assiste avec Varville, affiche une liaison, feinte, avec Olympe, une autre courtisane.

Désespérée, ruinée, malade, Marguerite n'a plus qu'un espoir: revoir Armand avant de mourir. Le jeune homme, qui a appris la vérité par Nanine, la servante de Marguerite, arrive enfin au chevet de sa bien-aimée pour en recueillir le dernier serment