En el París de los años 60, seguimos a Cléo, una joven y enigmática cantante que se encuentra en un momento crítico de su vida. A lo largo de dos horas cruciales, la protagonista espera los resultados de una prueba médica que podría confirmar un diagnóstico de cáncer. Este inquietante escenario la lleva a un viaje introspectivo que revela sus inseguridades, miedos y deseos más profundos.