Pendant l’hiver 1830, dans le Quartier latin à Paris, de jeunes artistes - dont le jeune dramaturge Rodolphe et son ami et colocataire, le peintre Marcel - parviennent difficilement à régler leur loyer. La jeune couturière Mimi, leur voisine, connait les mêmes difficultés financières et doit engager ses biens chez un prêteur sur gages, mais la somme récoltée est insuffisante. Elle fait la connaissance d'un riche aristocrate, le vicomte Paul, dont elle repousse les avances ; elle peut régler son loyer et n'est pas expulsée. Au cours d'une promenade à la campagne, Mimi avoue à Rodolphe qu’elle l'aime. Inspiré, Rodolphe compose une pièce et, pour lui permettre d'écrire tranquillement son œuvre, Mimi lui cache que l'éditeur qui publie parfois un de ses articles l'a renvoyé ; elle travaille secrètement la nuit et sa santé se détériore. Le vicomte Paul qui espère toujours la séduire, lui propose de montrer la pièce de Rodolphe à un directeur de théâtre, mais elle devra l'accompagner au théâtre. En les apercevant ensemble, Rodolphe devient furieux et refuse d'écouter les explications de Mimi. Pendant qu’elle accompagne au théâtre le vicomte et qu'elle repousse à nouveau ses avances, Rodolphe stupéfait apprend qu'il a été licencié par son éditeur depuis plusieurs semaines. Mimi et Rodolphe s’expliquent, elle reconnait avoir travaillé pour lui mais il se méprend sur sa relation avec le vicomte et se met en colère, ce qu'il regrette lorsqu'il s'aperçoit qu'elle est très malade. Elle quitte son logement pendant qu'il est à la recherche d'un médecin. Il la recherche en vain, sa pièce devient un succès. Apprenant que sa fin est proche, Mimi rassemble ses dernières forces pour retourner dans son ancien logement et revoit Rodolphe juste avant de mourir.