Alvy Singer, comique professionnel juif new-yorkais, se remémore son enfance à Coney Island et les quarante années qui ont précédé sa rencontre décisive avec Annie Hall. Depuis toujours en quête de l'âme soeur, Alvy a enfin trouvé la compagne idéale, celle qui va bouleverser sa vie. Mais les relations entre les deux êtres sont loin d'êtres simples et les discussions métaphysiques provoquées par Alvy finissent par semer le trouble chez Annie en même temps qu'elles lui ouvrent des horizons nouveaux. Obsédé par la mort et la difficulté des relations humaines, Alvy tente bientôt de faire partager ses angoisses à celle qui est devenue sa compagne.