1950 년대 미국에서는 한 젊은 여자인 최시 (루니 마라 장식) 가 뉴욕의 한 백화점에서 판매원으로 일하지만, 그녀의 마음은 사진작가의 일을 갈망한다. 어느 날 아름답고 우아한 금발녀 캐롤 (케이트 브랜체트 분) 이 백화점에 와서 크리스마스 선물을 샀는데, 그녀는 첫눈에 반했다.
두 사람이 만난 후 토레스는 캐롤이 남편 하길 (카일 챈들러 분) 과 이혼 수속을 하고 있는 딸이 있다는 것을 알게 되었다. 토레스와 캐롤은 통신, 데이트, 도로 여행을 통해 그들이 자신의 진정한 사랑이라는 것을 알게 되었는데, 이는 당시 사회에서는 허용되지 않았다.
토레스의 남자 친구는 그녀가 잠시 어리둥절했을 뿐이라고 생각했고, 캐롤의 남편은 사립탐정에게 이혼 소송에서 아무런 핸들도 남기지 않기를 바라면서 증거를 조사해 달라고 요청했다. 두 여성을 시험할 때가 드디어 왔다. 그들이 사회적 압력으로 자신의 내면을 견지하고, 어떤 대가를 치르더라도 끝까지 갈 수 있을까? (윌리엄 셰익스피어, 햄릿, 남녀명언)