1948年的深冬，作家（姜文）在41岁生日的晚上收到一封厚厚来信，此信出自一个濒死女人之手，所言是她对他将近20年的爱恋，但他却一无所知。18年前，13岁的女孩爱上了住在隔壁的作家，因家变搬到了别处后，女孩并没对作家忘情。几年过去，女孩变成女学生（徐静蕾）回到原来的住处，如愿以偿与作家有了交往，但作家对眼前曾住在其隔壁的女学生没有任何印象。作家有事离开，自此音信全无，女学生在绝望的等待中生下她与作家的结晶，并为让孩子过上优越生活变作依附有钱男人的交际花。又过几年，女学生变成女人，再遇她深爱多年的作家时，对方仍没把她认出。
1948年冬天的北京，著名作家（姜文饰）在生日那天收到了一封陌生女子的来信。当他读这封信时，一个女性画外音开始讲述一段他已经忘记的关系。这位名叫江小姐的女士讲述了她第一次迷恋这位作家是在她十几岁的时候，当时她是这位作家在四合院的邻居。几年后，当她作为北京女子学院的一名学生搬回北京时，她与他有过一段短暂的交往，之后她就怀孕了。几天后，作者完全忘记了她，因为他没有意识到她是他儿时的邻居。
抗日战争时期，她在四川生下了他们的儿子。八年后，战后她搬回北京，为了养活儿子，她成了一名舞女。虽然两人还有一次偶遇，但时隔多年，作者却认不出她来了。他们又进行了最后一次联络。尽管作者觉得她很熟悉，但未能确定她的身份。在儿子病逝的第二天，她决定写这封信，在她去世后寄出，让他知道他们的存在。