1956년, ‘세기의 섹스 심볼’로 불리우며 전세계의 사랑을 한 몸에 받고 있던 ‘마릴린 먼로’(미셸 윌리암스)는 영화 <왕자와 무희>의 촬영 차 영국을 방문하게 된다. 언론과 대중들의 뜨거운 관심 속에 촬영은 시작되지만, ‘마릴린’은 감독이자 남자 주인공인 ‘로렌스 올리비에’(케네스 브래너)와의 잦은 의견 충돌과 낯선 곳에서의 외로움으로 점점 지쳐간다. 그런 그녀를 위로해준 사람은 조감독 ‘콜린’(에디 레드메인) 뿐. ‘마릴린’은 한결같이 친절하고 따뜻하게 대해주는 ‘콜린’에게 점차 끌리게 되고, ‘콜린’ 역시 예민하지만 사랑스러운 ‘마릴린’의 매력에 흠뻑 빠지게 된다. 결국 두 사람은 숨막히는 촬영장을 벗어나 일주일간의 달콤한 시간을 보내게 되는데...