In einem Vorort von Paris begeht die legendäre Filmdiva Fedora Selbstmord, die trotz ihres hohen Alters auf unerklärliche Weise immer noch jung und schön war. An ihrem Sarg steht der abgehalfterte Filmproduzent Barry Detweiler, der als junger Mann einmal eine Liebelei mit Fedora hatte. In einer langen Rückblende erzählt er von den letzten zwei Wochen, in denen er Fedora in ihrer abgeschiedenen Villa auf Korfu aufsucht, um sie zu überreden, eine Rolle in seinem neuen Film zu übernehmen. Von einer geheimnisvollen Gräfin und einem Schönheitschirurgen, der für Fedoras anhaltende Jugend verantwortlich ist, wird sie jedoch völlig von der Außenwelt abgeschirmt. In Detweiler steigt der Verdacht, dass Fedora gefangen gehalten wird. Doch dann erfährt er Fedoras Geheimnis.