意大利北部工业城市拉文纳，无处不在的工厂噪音、被污染的河流、荒凉的郊外、冷清的街道，一片人间炼狱的模样。远处，一个身着绿衣的年轻女子，在巨型高耸的烟囱和吞吐着迷雾的管道中驻足。在这污浊荒废之地，她显得烦躁不安又神思恍惚。原来这个略显神经质的女人朱莉安娜（莫尼卡·维蒂 Monica Vitti饰）的丈夫正是这家冶炼厂的经理乌戈（卡洛·吉奥内蒂 Carlo Chionetti饰）。乌戈把她介绍给自己的同事科拉德·泽勒（理查德·哈里斯 Richard Harris饰）。两人相互吸引，朱莉安娜难以控制自己的感情，与泽勒发生了肉体关系。渐渐地，她发觉自己已经难以同丈夫和儿子恢复以往的亲密感情。泽勒对她的感情，也依旧无法抚慰她寂寞的心灵。这条淌满血的红色沙漠，是机器工业时代将人性摧残得无以复加的血淋淋的荒漠。
这部由意大利新现实主义导演安东尼奥尼执导的他第一部彩色片《红色沙漠》，荣获1964年第29届威尼斯国际电影节金狮奖。影片用极为大胆的色彩，描绘出一副野蛮的工业社会对人类精神的压抑和异化之景。作品简化甚至舍弃叙事和戏剧冲突，使得影片得到两极化的评价。

在美国学生组织的一起关于反战和争取民主的学生革命运动中，马克（马克•弗雷切特 Mark Frechette 饰）和同学、老师一起被当局逮捕，在愈演愈烈的双方对抗中，马克打死了一名警察，当局即刻展开对他的追捕，马克在机场偷盗了一辆小型飞机后开始了逃亡之旅。在商业公司当秘书的达莉亚（达莉娅•斯普莱林 Daria Halprin 饰）正驱车前往菲尼克斯，途径沙漠的时候恰巧被马克发现，他从空中向她扔下一件红色的衣服。两人结伴同行，达莉亚答应开车带马克去找汽油，他们于路无话不谈，马克告诉她自己的那些革命经历，在一处名为“扎布里斯基角”的荒地里他们疯狂的亲昵。飞机加满油后马克将飞机画上奇怪又明艳的图案，并与达莉亚愉快地分手。达莉亚继续开车前往菲尼克斯，却收到了马克被警方击毙的消息……

尼克罗（托马斯·米连 Tomas Milian 饰）是一名电影导演，一次偶然中，他邂逅了名为马维（达妮埃拉·西尔韦里奥 Daniela Silverio 饰）的女孩，两个人很快就走到了一起。一天，马维在无缘无故的情况下失踪了，这让尼克罗感到非常的困惑，于是踏上了寻找马维的旅途。
途中，尼克罗结识了伊达（克里斯蒂娜·布瓦松 Christine Boisson 饰），他将自己和马维的故事告诉了伊达，激起了伊达的好奇心。在伊达的帮助之下，尼克罗最终得到了马维的住址，但等待他的却并非温暖人心的重逢。尼克罗最终和伊达结了婚，两人在度蜜月的途中伊达告诉自己的丈夫她怀孕了，可是肚子里的孩子却并不是尼克罗的。

克雷拉（露西娅•波塞 Lucia Bosé 饰）本来是一名商店售货员，她被电影制作人格兰尼发掘后步入影坛，因其美貌而名气逐渐攀升，上映影片票房都获得了成功，不久克雷拉被迫嫁给了提携她的制作人。婚后丈夫不断干预左右克雷拉的演艺事业，并且不断使她偏离自己的电影理念。两人争吵后她终于答应丈夫出演《圣女贞德》，不料影片上映后恶评如潮。这不仅使丈夫经济陷入窘境，克雷拉也陷入痛苦。在人生低谷她遇到了基尼（安德烈•切齐 Andrea Checchi 饰），重新得到了爱情与理解，冲动之下她决意与基尼私奔，却不料对方只是想要与女明星发生一场艳遇而已。克雷拉清醒后重新思考自己的人生......