Cindy (Michelle Williams) en Dean (Ryan Gosling), ooit passioneel verliefd op elkaar, zien nu na jaren samen te zijn geweest hun huwelijk langzaam uiteenvallen. Met de hoop deze situatie op te lossen besluiten zij samen een hotelkamer te boeken, waar zij terugkijken op hun ontmoeting en de prille, hoopvolle liefde die zij ooit deelden. Regisseur Derek Cianfrance toont op pijnlijke wijze de anatomie van een huwelijk. Door middel van flashbacks laat hij zien hoe het eens geweest is. Aan de hand van deze wisselwerking tussen heden en verleden, ontvouwt Blue Valentine zich als een pure filmervaring, waarbij Williams en Gosling hun rollen met intense en emotionele eerlijkheid neerzetten.