Film ini menceritakan kisah Tom Hansen (Joseph Gordon-Levitt), seorang penulis kartu ucapan yang jatuh cinta pada rekan kerjanya, Summer Finn (Zooey Deschanel). Namun, hubungan mereka penuh ketidakpastian karena Summer tidak percaya pada cinta sejati.

Kisah ini diceritakan dalam alur non-linear, melompat antara berbagai momen dalam 500 hari hubungan mereka, dari awal yang indah hingga perpisahan. Melalui perjalanan emosionalnya, Tom belajar menerima kenyataan dan memahami arti cinta serta takdir.