Architecte de renom, John (Alec Baldwin) est en vacances à Rome, où il a vécu autrefois. Alors qu'il se balade dans son ancien quartier, il rencontre Jack (Jesse Eisenberg), qui lui rappelle le jeune homme qu'il était. Lorsque Sally (Greta Gerwig), petite amie de John, présente sa copine Monica (Ellen Page), aussi pétillante que séductrice, à Jack, celui-ci ne tarde pas à tomber éperdument amoureux d'elle. John a alors le sentiment de revivre l'une de ses histoires d'amour les plus douloureuses...

Au même moment, Jerry (Woody Allen), metteur en scène d'opéra à la retraite, s'envole pour Rome avec sa femme Phyllis (Judy Davis) pour faire la connaissance de Michelangelo (Flavio Parenti), fiancé italien de leur fille Hayley (Alison Pill). Quand Jerry entend le père de son futur gendre, Giancarlo (interprété par le célèbre ténor Fabio Armiliato), entrepreneur de pompes funèbres, chanter divinement sous la douche, il est fasciné, croyant entendre une aria digne de la Scala ! Convaincu qu'un tel don doit être révélé au grand jour, Jerry se dit qu'il tient sans doute là l'occasion de faire connaître Giancarlo et de donner un second souffle à sa propre carrière.

De son côté, Leopoldo Pisanello (Roberto Benigni) est un type parfaitement ennuyeux qui se retrouve un jour, sans vraiment comprendre pourquoi, dans la peau d'un des hommes les plus célèbres d'Italie. Rapidement, les paparazzis le traquent en permanence et s'interrogent sur ses moindres décisions. Tandis que Leopoldo s'habitue peu à peu aux plaisirs de la notoriété, il prend également conscience du prix à payer.

Entretemps, Antoni (Alessandro Tiberi) débarque de sa province à Rome, dans l'espoir d'impressionner ses parents, très conservateurs, en leur présentant sa ravissante épouse Milly (Alessandra Mastronardi) : il espère ainsi décrocher un boulot bien payé et s'installer dans la grande ville. Mais lorsque le hasard et les quiproquos s'en mêlent, le couple se retrouve séparé pour la journée. Antonio finit par faire passer une inconnue (Penélope Cruz) pour sa femme, tandis que Milly est courtisée par le grand acteur Luca Salta (Antonio Albanese).

Dans une ville où l'amour côtoie l'humour, les personnages de TO ROME WITH LOVE s'embarquent dans des aventures qui vont changer leur vie à tout jamais...