Outubro de 1925, Paris. Gilberte Valandray (Sabine Azéma) é uma mulher de meia idade que flerta com os homens, mesmo amando o seu marido Georges (Pierre Arditi). Com a ajuda da irmã Arlette (Isabelle Nanty), Gilberte vai tentar manter em segredo o seu primeiro casamento, com o americano Eric Thomson (Lambert Wilson). As aventuras amorosas deste triângulo, junto com o artista Charley (Jalil Lespert), a jovem Huguette (Audrey Tautou) e Arlette, vão animar um chá da tarde na cidade.
April (Kate Winslet) e Frank Wheeler (Leonardo DiCaprio) são um casal jovem que vive no subúrbio de Connecticut com seus dois filhos na década de 1950. A máscara da auto segurança esconde a enorme frustração que sentem por não serem completos em seu relacionamento ou na carreira. Determinados a conhecerem a si mesmos, eles decidem se mudar para a França. Mas o relacionamento começa a corroer em um ciclo infinito de brigas, ciúmes e recriminações, e a viagem e seus sonhos correm grandes riscos de acabar.
Em Paris, o amor está por todos os lugares. Está nos bares, nos cafés, na Torre Eiffeil, até no metrô que circula abaixo de suas ruas. Paris, Te Amo é uma declaração à Cidade Luz através dos olhos de alguns dos maiores diretores do mundo incluindo Walter Salles ,os Irmãos Coen, Alfonso Cuarón, Wes Craven. Cada um retrata, de um jeito ou de outro, a alegria, a separação, os encontros inesperados e acima de tudo o amor.