La cinta cuenta la historia de Alvy Singer (Woody Allen), un cómico neoyorquino y su novia Annie Hall (Diane Keaton) ambos un tanto neuróticos. Comienza con su primer encuentro y sigue con el desarrollo de su relación a través de los años. Él es un intelectual judío cuarentón que ha estado casado en dos ocasiones, ambos trabajan en clubes nocturos, él como comediante, ella como cantante. Después de terminar su relación con Annie, reflexiona alrededor de lo que han sido su vida, sus amores, sus matrimonios y principalmente su relación con ella. Al final, llega a la conclusión de que son sus manías y obsesiones las que siempre acaban arruinando su relación con las mujeres. A diferencia de sus relaciones anteriores Alvy creía que había solucionado todos los problemas de su vida, con una terapia de quince años, y que podía hacer que su relación con Annie trascendira. El reflexiona acerca de los muchos altibajos de su relación y de las circunstancias que lo llevaron a comenzar a salir con Annie. Entre estas el haber crecido en Coney Island y sentirse atraído por el sexo opuesto en alguna ocasión.
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