"הירושימה אהובתי" מתרחש ביפן של שנת 1957. בתקופה זו יפן עדיין כאבה את הפסדה במלחמת העולם השנייה ומהטלת הפצצה האטומית על הירושימה ונאגאסקי. שחקנית צרפתייה, שמגיעה להירושימה לצילומי סרט שעוסק בשלום העולם, פוגשת בגבר יפני יפה תואר שמשפחתו נספתה בעת הטלת הפצצה האטומית על הירושימה. היא והוא מתאהבים ממבט ראשון, אך השיחות שהזוג האוהב מנהל על הזוועות שהתרחשו בהירושימה לאחר הטלת הפצצה, מערערים את שלמות אהבתם.