Eine französische Schauspielerin (Emmanuelle Riva) reist ca. 15 Jahre nach Ende des Zweiten Weltkriegs nach Hiroshima, um dort einen Film zu drehen. Dort lernt sie bald den japanischen Architekten (Eiji Okada) kennen mit dem sie ein intensives Verhältnis beginnt. In Hiroshima mon amour mischen sich die Liebesszenen mit Szenen des Krieges, da die Französin durch die Präsenz des Krieges in Japan auch an ihre Erfahrungen während des Zweiten Weltkrieges in Frankreich erinnert wird. Sie erzählt ihrem japanischen Liebhaber, dass sie damals in einen deutschen Soldaten verliebt war, der von einem Résistance-Kämpfer getötet wurde. Sie wurde daraufhin von den Bewohnern ihres Dorfes beschimpft und verjagt.