Alvy Singer, comédien new-yorkais névrosé et hypocondriaque, revient sur sa relation passée avec Annie Hall, une chanteuse aspirante un peu perdue dans la vie. À travers une narration fragmentée qui mêle souvenirs, fantasmes et adresses directes au public, Alvy tente de comprendre pourquoi leur histoire d'amour, qui semblait pourtant si prometteuse, s'est terminée. Cette comédie romantique et autobiographique dresse le portrait d'une génération new-yorkaise intellectuelle, névrosée et drôle, à travers le prisme d'un amour qui n'a pas survécu.