My Week with Marilyn erzählt von einem ganz besonderen Sommer im Leben des Weltstars Marilyn Monroe (Michelle Williams). Es ist das Jahr 1956 und sie befindet sich gerade in Großbrittannien, um an der Seite von Laurence Olivier (Kenneth Branagh) ihren ersten Selbstproduzierten Film Der Prinz und die Tänzerin zu drehen. Am Set befindet sich auch der junge Oxford-Abgänger Colin Clark (Eddie Redmayne), der über einen Job als Regieassistent ins Showbussiness einsteigen will. Hautnah kann er so miterleben, wie die alkohol- und medikamentanabhängige Marilyn Monroe ihre Konflikte mit dem traditionalistischen Laurence Olivier und mit ihrem frischvermählten Ehemann Arthur Miller (Dougray Scott) austragen muss. Da ergibt sich für ihn die Chance, allein mit Marilyn Monrie quer durch Großbrittannien zu reisen. Während dieser Woche fernab des Sets lernt er den Weltstar von ihre persönlichen und verletzlichen Seite kennen.