Anglia, II wojna światowa. Vera (Keira Knightley) pracuje w Londynie jako piosenkarka, przynosząc chwile radości zmęczonym wojną ludziom. Pewnego dnia spotyka swoją pierwszą miłość – Dylana Thomasa, poetę i autora filmów propagandowych. Stara namiętność wybucha ze zdwojoną siłą, pomimo iż mężczyzna nie jest już wolny. Jego żona Caitlin (Sienna Miller) jest odważną, otwartą na nowe wyzwania kobietą. Zdaje sobie sprawę, że mąż ulega fascynacjom innymi – i sama też nie dotrzymuje przysięgi wierności. W międzyczasie Vera wychodzi za mąż za Williama, jednak kiedy ten wyjeżdża na front, zamieszkuje razem z Dylanem i Caitlin. W tym dziwnym trójkącie rywalizacja, miłość i przyjaźń tworzą wybuchową mieszankę.

Kiedy ludzie wokół zaczynają twierdzić, że widzieli Fay w różnych miejscach, nastolatka dowiaduje się od matki o siostrze bliźniaczce, która zmarła po porodzie.

Patagonia narrates the journeys of two women - one looking for her past, the other for her future. The film inter-cuts between their stories, in which one of them travels south to north through the Welsh springtime and the other east to west through the Argentine autumn.