El 1 de febrero, el meteorólogo de la televisión Phil Connors asegura a sus espectadores de Pittsburgh que una ventisca que se aproxima no llegará al oeste de Pensilvania. Junto con su productora Rita Hanson y su camarógrafo Larry, Phil viaja a Punxsutawney para su cobertura anual de las festividades del Día de la Marmota. No oculta su desprecio por la misión, la pequeña ciudad y los "pueblerinos" que la habitan, afirmando que pronto dejará su emisora para buscar un nuevo trabajo.

El 2 de febrero, Phil se despierta en el Cherry Tree Inn con la canción "I Got You Babe" de Sonny & Cher sonando en la radio del reloj. Da un informe a medias sobre la marmota Punxsutawney Phil y las festividades. En contra de su predicción, la ventisca azota la zona, impidiendo todo viaje fuera de Punxsutawney, y aunque busca desesperadamente una forma de salir, se ve obligado a pasar la noche en el pueblo.

A la mañana siguiente, Phil se despierta de nuevo con "I Got You Babe" y las mismas bromas del DJ en la radio. Los acontecimientos del día anterior se repiten exactamente y Phil cree que está experimentando un déjà vu. Vuelve a intentar sin éxito salir de la ciudad y se retira a la cama. Cuando se despierta, es de nuevo 2 de febrero. Poco a poco, Phil se da cuenta de que está atrapado en un bucle temporal del que nadie más es consciente. Le confía su situación a Rita, que lo dirige a un neurólogo, quien a su vez lo dirige a un psicólogo; ninguno de ellos puede explicar sus experiencias. Phil se emborracha con los lugareños Gus y Ralph y luego conduce a la policía en una persecución en coche a gran velocidad antes de ser detenido y encarcelado. A la mañana siguiente, Phil se despierta en el Cherry Tree Inn.

Al darse cuenta de que no hay consecuencias para sus acciones, Phil comienza a gastar bucles en atracones, aventuras de una noche, robos y otras actividades peligrosas, utilizando su creciente conocimiento de los acontecimientos del día y de los residentes del pueblo para manipular las circunstancias en su beneficio. Finalmente, se centra en seducir a Rita, utilizando los bucles para saber más sobre ella y así poder intentar acostarse con ella. No importa los pasos que dé, Rita rechaza sus avances, sobre todo cuando Phil le dice que la ama; Rita afirma que ni siquiera la conoce.

Poco a poco, Phil se deprime y busca desesperadamente una forma de escapar del bucle. Se suicida de varias maneras, incluso secuestrando a Punxsutawney Phil y tirándolos a ambos por un acantilado. Cada vez, se despierta el 2 de febrero con "I Got You Babe". Finalmente, intenta explicar su situación a Rita de nuevo, utilizando su conocimiento detallado del día para predecir con exactitud los acontecimientos. Convencida, Rita pasa el resto del bucle de ese día con Phil; le anima a pensar en los bucles como una bendición en lugar de una maldición. Acostados juntos en la cama por la noche, Phil se da cuenta de que sus sentimientos por Rita se han vuelto sinceros. Se despierta solo el 2 de febrero. Phil decide utilizar su conocimiento del bucle para cambiarse a sí mismo y a los demás: salva a la gente de accidentes y desgracias mortales, y aprende a tocar el piano, a esculpir hielo y a hablar francés. A pesar de sus acciones, es incapaz de salvar de la muerte a un anciano sin hogar.

Durante una iteración del bucle, Phil informa sobre las festividades del Día de la Marmota con tal elocuencia que otros equipos de noticias dejan de trabajar para escuchar su discurso, asombrando a Rita. Phil continúa su día ayudando a la gente de Punxsutawney. Esa noche, Rita es testigo de las expertas habilidades de Phil para tocar el piano mientras los adoradores del pueblo la obsequian con historias de sus buenas acciones. Impresionada por su aparente transformación de la noche a la mañana, Rita puja con éxito por él en una subasta benéfica para solteros. Phil esculpe una escultura de hielo a imagen y semejanza de Rita y le dice que, pase lo que pase, aunque esté condenado a seguir despertándose solo cada mañana para siempre, quiere que sepa que por fin es feliz porque la ama. Se retiran a la habitación de Phil.

A la mañana siguiente, Phil se despierta con la canción "I Got You Babe", pero descubre que Rita sigue en la cama con él y que las bromas de la radio han cambiado; ahora es 3 de febrero. Phil le dice a Rita que quiere vivir en Punxsutawney con ella.