Sophie, une jeune recherchiste dans un journal new-yorkais qui rêve d'écrire ses propres articles, part en voyage avec son fiancé à Vérone. Alors qu'il doit rencontrer plusieurs fournisseurs pour l'ouverture prochaine de son restaurant, elle se retrouve seule à vagabonder dans les rues de la ville. Lorsqu'elle trouve une lettre, datant de plus de cinquante ans, coincée entre deux pierres du mur de la maison de Juliette, elle décide de répondre à l'auteur. Quelques jours plus tard, Claire, l'émettrice de ladite lettre, et son petit-fils Charlie débarquent en Italie pour retrouver l'amour de jeunesse de Claire. Malgré les protestations de Charlie, Sophie décide de les accompagner dans leur quête à travers le pays et de rédiger un article sur leurs aventures.