En 1971, la neoyorquina Helene Hanff está en un avión rumbo a Londres. Está de gira promocional de su libro 84 Charing Cross Road, que trata de su correspondencia de 20 años con una librería de segunda mano especializada en libros descatalogados. Cuando llega a Londres, la librería ha cerrado definitivamente, pero ella sigue visitándola. Con el sonido de los martillos y la radio de un constructor, Hanff recuerda la primera carta que escribió a la tienda en 1949.

En un flashback, en una librería de Nueva York en 1949, Hanff busca oscuros clásicos de la literatura británica y se fija en un anuncio en el Saturday Review of Literature puesto por la librería de antigüedades Marks & Co, situada en la dirección titular de Londres. Se pone en contacto con la tienda, donde el jefe de compras y gerente Frank Doel satisface sus peticiones. Con el tiempo, se desarrolla una amistad a distancia entre Hanff y Doel y también con los demás miembros del personal; incluso la esposa de Doel mantiene correspondencia con Hanff. En agradecimiento a su extraordinario servicio, Hanff comienza a enviar pequeños regalos: paquetes de vacaciones y paquetes de comida para compensar la escasez de alimentos de la posguerra en Gran Bretaña. Su correspondencia incluye discusiones sobre temas tan diversos como los sermones de John Donne, la forma de hacer el budín de Yorkshire, los Dodgers de Brooklyn y la coronación de Isabel II.

Hanff tiene la intención de visitar Londres y reunirse con sus amigos libreros, pero por diversas razones tiene que posponer sus planes. En enero de 1969 recibe la noticia de que Doel ha muerto y la librería ha cerrado.

Finalmente visita Charing Cross Road y la tienda vacía en el verano de 1971.