Vicky Cristina Barcelona cuenta el viaje de dos jóvenes turistas estadounidenses Vicky (Rebecca Hall) y Cristina (Scarlett Johansson) que en su visita a España "ven cómo su mundo comienza a desintegrarse de manera compleja". El encuentro con un pintor español desinhibido (Javier Bardem) y las proposiciones de éste, finalmente aceptadas por las turistas, se convierten en el detonante de una historia que tiene otro vértice, la trastornadora aparición de la ex-mujer del pintor (Penélope Cruz) en sus vidas.