카르멘(Carmen Jones: 도로시 댄드리지 분)은 군부대 낙하산을 만드는 공장에서 일하고 있는 여인으로 같은 부대에서 일하고 있는 조(Joe: 해리 베라폰테 분)라는 상병을 짝사랑한다. 하지만 조에게는 오래 전부터 사귀던 신디 루(Cindy Lou: 올가 제임스 분)라는 애인이 있었다. 어느 날 신디 루가 조를 면회 온다. 조는 신디 루에게 청혼을 하고 교목 앞에서 곧바로 식을 올리기로 약속한다. 바로 그 시간, 카르멘과 동료 여직공 사이에 싸움이 일어나고 조에게 카르멘을 메이슨빌까지 후송하라는 상부의 명령이 떨어진다. 결혼식을 하자는 약속을 뒤로 한 채 성급히 메이슨빌로 향하던 조는 강가에 차가 쳐 박히는 사고를 당하는 바람에 카르멘의 집까지 함께 가게 된다. 이곳에서 조는 카르멘의 유혹을 참지 못하고 결국 두 사람은 하룻밤을 같이 보내게 된다. 그 다음날 아침, 카르멘은 자신을 용서해 달라는 쪽지 한 장을 남긴 채 조를 떠나고 조는 그 책임을 물어 감옥살이를 하게 된다. 조는 감옥에서도 카르멘을 못 잊어 그리워하고 결국 출감 후 그녀와 재회한다. 한편 당대 최고의 권투 선수인 허스키(Husky Miller: 죠 아담스 분)가 카페에서 카르멘을 한번 보고 반하여 그녀를 시카고로 초청한다. 카르멘과 말다툼을 벌이던 와중에 상사를 폭행한 조는 결국 카르멘과 함께 시카고로 도주한다. 카르멘은 시카고에서 다시 허스키를 만나고 가난한 조와 여관방 생활에 싫증이 난 그녀는 점점 변심하기 시작한다. 카르멘의 변심을 눈치 챈 조는 자신에게 돌아올 것을 부탁하지만 카르멘은 아예 조를 떠나버린다. 질투와 분노에 눈이먼 조. 그는 권투장에서 허스키를 응원하고 있는 그녀를 납치해 결국 그녀를 목졸라 죽이고 자신은 헌병대에 붙잡혀간다.