在1917年，俄国罗曼诺夫王朝被爆发的十月革命推翻，一些贵族和曾经为皇室效劳的人成功脱逃，但沙皇及他的家人全部被逮捕并于1918年被处决。自那之后不久，民间一直有传闻称沙皇最小的女儿阿纳斯塔西娅·尼古拉耶芙娜公主殿下侥幸依旧存活着，而她将是皇室在英国银行千万巨额存款的唯一继承人。

1928年，对此将信将疑的波宁将军（尤尔·伯连纳饰）受托为了这笔遗产到处察访公主的下落，然而几经波折仍找寻不到线索，委托金也即将耗尽，他忽然发现一位容貌与公主惊人相似的女子（英格丽·褒曼饰），她不但年龄与公主接近，且没有任何证件，从精神病人的收容所逃出，失去部分记忆并希望找到自己身世的真相。波宁将军提议或许她真的是公主，于是和助手对她开始了名为找回记忆的“培养”。从学习皇室宫廷礼仪开始，他们教给她阿纳斯塔西娅·尼古拉耶芙娜的童年经历、许多生活地点、历史知识及各路亲戚人名，波宁一开始毫无人情味，强迫女孩记忆繁琐的细节，但不久之后双方逐渐能够相处，波宁甚至还与她弹吉他、跳舞，经过将军亲自监督下的训练，忍受过来的安娜完成了从灰姑娘到贵妇人的转变。波宁将军为皇室成员和特意安排了见面会，结果训练出来的安娜让几乎连伺候公主的女仆都难辨真伪，但大多数皇室成员无法接受面前的女孩就是幸存的阿纳斯塔西娅·尼古拉耶芙娜公主。波宁将军把安娜带给唯一能认定她身份的在北欧丹麦流亡的玛丽亚·费奥多罗夫娜皇太后（海伦·海丝饰），然而面对太多为了遗产而来冒充阿纳斯塔西娅·尼古拉耶芙娜的人，皇太后早已经不抱有任何希望。波宁和安娜暂住在皇太后城堡附近的酒店里，但却并没有获得接见。波宁将军安排安娜在芭蕾舞演出中坐在了皇太后对面，尽管皇太后注意到了这个气质绝佳的女孩，却仍不为所动。无奈之下波宁将军只得让安娜以美貌打动从小与公主订婚的保罗王子，被阿纳斯塔西娅·尼古拉耶芙娜深深吸引的保罗答应将她向皇太后引荐。固执的皇太后拒绝了保罗的请求，之后却来到安娜下榻的酒店打算要亲自揭穿骗局。在房间里，安娜将自己的身世娓娓道来，经过这段时间，她仿佛唤起了对自己身份的记忆。尽管她对皇太后提出的问题对答如流，但任凭如何努力，皇太后仍然怀疑她的身份不肯相信她是真正的公主。然而安娜紧张之下轻轻的几下咳嗽，却让皇太后大惊，原来阿纳斯塔西娅·尼古拉耶芙娜公主从小在害怕的时候总会咳嗽，这习惯是只有皇太后才知道的。于是皇太后将阿纳斯塔西娅·尼古拉耶芙娜带回城堡，准备安排盛大的记者会和皇家舞会，向所有皇室成员及公众宣布失散的公主已被找到，迎接公主的归来并宣布公主将与保罗王子订婚。但波宁将军和阿纳斯塔西娅·尼古拉耶芙娜之间经过一段时间的接触已产生了感情，他们两人发现彼此相爱甚深，皇太后最终决定成全一对有情人，她也鼓励刚刚找回的孙女勇敢去追求普通人的幸福。当晚会开始时，安娜与已认为遗产不再重要的波宁将军双双离开不知去向。