彼得堡贵夫人安娜是皇室后裔，大官僚卡列宁的妻子。她的哥哥奥勃朗斯基住在莫斯科，过着放荡的生活。他与过去的家庭女教师发生暖昧关系，妻子道丽发觉后，非常痛苦。安娜为了调解哥嫂纠纷来到莫斯科，在火车站与近卫军军官渥伦斯基邂逅。安娜的高雅风姿和笑容中蕴含的一股被压抑的生气使渥伦斯基为之倾倒。 与此同时庄园贵族列文也来到莫斯科，他已年过三十，感到建立家庭的需要，决定向他青年时代就喜爱的吉提求婚，而当时吉提正迷恋着渥伦斯基，她拒绝了列文。但渥伦斯基见到安娜后就不再与吉提交往。安娜的到来使道丽和丈夫言归于好，却使道丽的妹妹吉提陷入不幸。 列文回到乡下，埋头从事农业改革，希望以此忘却个人生活上的失意。他尝试养育优种牲畜，引进农业机器，但总不能得到应有的效益。 安娜在归途中发现渥伦斯基也同车而行，她心神不宁，却又兴奋，回到彼得堡后，安娜和渥伦斯基在社交场合经常相遇，在一次宴会上渥伦斯基向安娜表白了爱情。他们两人单独在一起时间过长，引起人们议论，回到家卡列宁警告安娜要注意社交礼仪、遵守妇道。而这种官腔和说教反而使安娜关闭了心灵之门，从此她陷入情网而不能自拔。 安娜与渥伦斯基的关系在赛马会上终于暴露：当渥伦斯基的马摔倒时，安娜的态度完全失常。回家途中安娜向丈夫承认了她是渥伦斯基的情人，但卡列宁却要求安娜一切维持现状，只是不许在家里接待渥伦斯基。 列文在农村常和农民一起劳动，向往过一种全新的生活，像农民一样朴实，但得知吉提曾大病一场，在国外疗养后即将回来，又激发了对她的爱，列文再次求婚，他们终于结合了。婚后住在庄园里，过着美满的生活，但是列文并没有得到真正的幸福。他在农业上的各种设想常常失败，农民不信任地主。他幻想建立一种股东联营方式，使农民和地主同样得益，达到“以利害的调和和一致来代替互相仇视”，但各种新方法、新措施都无效。他不知道该如何生活，苦恼得几乎自杀，最后从一个老农那儿得到了启示：“人活着不是为了填饱肚子，而是为了灵魂，为了上帝。” 安娜的处境越来越糟，她怀了孕，分娩时又患产褥热，几乎死去，病危时她向丈夫请求宽恕，并希望他与渥伦斯基和好，卡列宁出于基督徒的感情答应了她的要求。可是安娜病愈后又无法继续与丈夫生活下去，终于不等丈夫同意离婚，就与渥伦斯基一起到国外去了。在欧洲旅行三个月回来，安娜思念儿子，在谢辽沙生日时，她不顾一切撞进自己住过九年的那幢房子。看到儿子她激动异常，母子俩紧紧拥抱，难分难舍。直到卡列宁走进儿童室，安娜才不得不匆匆离去。从此，安娜永远失去了心爱的儿子，得不到离婚许可，与渥伦斯基只能是非法结合，上流社会的大门对她紧闭，处处遭受冷遇。她只能孤独地住在渥伦斯基的庄园里，想方设法消磨时间。当渥伦斯基一人外出时她就怀疑他另有新欢，因此两人发生口角。一次在争吵后安娜陷入绝望境地，一面写信发电报，一面追随渥伦斯基到了火车站。这时，她朦胧中想起他们第一次的相见以及当时一个工人被轧死的情景。这仿佛暗示了她的归宿。安娜向正在驶来的火车扑倒下去，生命的火焰熄灭了，她的痛苦也永远摆脱了。

《安娜·卡列尼娜》是由两条主要的平行线索和一条联结性次要线索结构而成的，整体上反映了农奴制改革后“一切都翻了一个身，一切都刚刚安排下来”的那个时代在政治、经济、道德、心理等方面的矛盾。小说通过安娜——卡列宁——渥伦斯基线索展示了封建主义家庭关系的瓦解和道德的沦丧；通过列文——吉提线索描绘出资本主义势力侵入农村后，地主经济面临危机的情景，揭示出作者执着地探求出路的痛苦心情。而道丽——奥勃朗斯基这一次要线索巧妙地联结两条主线，在家庭思想上三条线索相互对应、参照，勾勒出三种不同类型的家庭模式和生活方式。作者以这种建筑学而自豪，圆拱将两座大厦联结得天衣无缝，“使人觉察不出什么地方是拱顶”。

主人公安娜·卡列尼娜是世界文学史上最优美丰满的女性形象之一。她以内心体验的深刻与感情的强烈真挚，以蓬勃的生命力和悲剧性命运而扣人心弦。

安娜第一次出现时的音容笑貌令人难以忘怀：她姿态端丽、温雅，一双浓密的睫毛掩映下的眼睛中“有一股被压抑的生气在她的脸上流露……仿佛有一种过剩的生命力洋溢在她的全身心，违反她的意志”，在眼神和微笑中显现出来。在这幅出色的肖像中展现了安娜的精神美，也提示我们去探究她的生活之谜。安娜父母早逝，在姑母包办下嫁给了比她大二十岁的大官僚卡列宁。婚后在宗法思想支配下她曾安于天命，只是把全部感情寄托在儿子身上。渥伦斯基唤醒了她晚熟的爱情。她渴望自由而大胆地爱，不愿像别特西公爵夫人那样在家宴上公开接待情人；也不愿接受丈夫的建议仍然保持表面的夫妻关系，偷偷与情人往来；终于冲出家庭与渥伦斯基结合，公然与整个上流社会对抗。从此安娜失去了一个贵族妇女在社交界的一切地位和权利，除了渥伦斯基的爱，她一无所有，因此，她热烈而执着地献身于这种爱。确实，在国外，在渥伦斯基的庄园里，安娜曾体验过短暂的“不可原谅的幸福”。她丢弃母亲的天职，但内心无法平息因失去爱子而产生的悲伤；她想昂起骄傲的头，宣称她是幸福的女人，但却摆脱不掉有罪的妻子的意识。她的灵魂一直受到折磨。而孤注一掷的、囿于自我的对渥伦斯基的爱又不可能得到相应的感情反响，安娜绝望了，她在临终前满含怨愤地喊出：“一切全是虚伪、全是谎言、全是欺骗、全是罪恶。”

安娜的形象在作家创作过程中有过极大变化：从一个低级趣味的失足女人改写成真诚、严肃、宁为玉碎、不为瓦全的女性。托尔斯泰通过安娜的爱情、家庭悲剧寄寓了他对当时动荡的俄国社会中人的命运和伦理道德准则的思考。作家歌颂人的生命力，赞扬人性的合理要求；同时，他又坚决否定一切政治、社会活动（包括妇女解放运动）对改善人们命运的作用，强调母亲——妇女天职的重要性。作家世界观的矛盾构成安娜形象的复杂性。一百多年来各国作家按自己的理解把安娜搬上舞台、银幕、荧光屏。安娜形象一直激动着不同时代、不同民族的读者，这正说明安娜形象的艺术生命力是不朽的。

列文则是托尔斯泰式主人公中自传性特别强的一个人物，他在托尔斯泰的创作中起着承前启后的作用，在他身上艺术地再现了作家世界观激变前夕的思想感情和生活感受，从结构安排来看，列文的幸福家庭与安娜的不幸家庭互为对照，但从思想探索来看，列文婚后却产生了精神危机，他为贵族阶级自甘败落而忧心忡忡。他研究劳动力在农业生产中的作用，制定“不流血的革命”方案，探讨人生的目的，但却毫无出路。罗曼·罗兰指出，列文不仅体现了托尔斯泰看待事物的既保守又民主的观点，而且“列文和吉提的恋爱，他俩婚后的头几年生活，就是作家自己家庭生活回忆的搬演。同样，列文哥哥之死也是托尔斯泰的哥哥德米特里之死的痛苦追忆”。而作品的尾声“则是作者本人趋向精神革命的过渡”。