物語の舞台は第二次世界大戦中、連合軍の防諜要員マックス（演：ブラッド・ピット）とフランスの潜入スパイ・マリアンヌ（演：マリオン・コティヤール）は、共通のビジョンを達成するために軍事上の要衝であるカサンブラン・カードに赴いている。ドイツ大使暗殺事件の際、二人はカップルのふりをしなければならなかった。性格が大きく異なるマルクスとマリアンヌの間には、当初は誤解や衝突が頻繁にあったが、時間が経つにつれ、生死の危機を経験し、お互いを助け合うようになり、二人の間の偽りのショーは徐々に変わっていく。現実、彼らは恋に落ちました。結局、その任務は無事に完了し、恋人たちはついに結婚し、愛の実を結びました。このままの人生が永遠に続くと思っていたマックスは、ひょんなことから妻の正体がナチスのスパイではないかと疑い始める。