Nacida en una pequeña aldea de pescadores junto al océano, Chiyo lleva una vida empobrecida con su familia. Cuando su madre cae enferma, su padre la vende a ella y a su hermana Satsu, con la esperanza de que sean aceptadas en una casa de geishas y envíen sus ganancias a casa. Las dos hermanas son llevadas a un hanamachi (el barrio donde viven y actúan las geishas) en Kioto. Después de que la tía (Tsai Chin), una de las residentes de la Nitta Okiya, ve a las dos hermanas, sólo selecciona a Chiyo. Y Satsu es llevada posteriormente a un burdel.

Chiyo conoce a Kayoko "Madre" Nitta (Kaori Momoi), la actual propietaria de la Okiya, y a su predecesora, la abuela (Kotoko Kawamura). La fase inicial de rebeldía de Chiyo comienza a marchitarse cuando se da cuenta de que hay pocas posibilidades de encontrar a su hermana en el laberinto de tejados que es el hanamachi. Encuentra una amiga en Pumpkin (Youki Kudoh), una chica de su edad, y una enemiga en Hatsumomo (Gong Li), la única geisha activa de la Okiya y una de las dos geishas más prominentes de la ciudad. Hatsumomo se pone celosa no de lo que Chiyo es ahora, sino de lo que puede llegar a ser.

Chiyo se inscribe en una escuela de geishas y comienza formalmente su formación. Sin embargo, tras un intento fallido de escapar de la Okiya y huir a otro lugar con su hermana, la posición de Chiyo en la Okiya vuelve a ser de criada. Se entera de que sus padres han muerto y que su hermana ha conseguido escapar. La narradora de la película, una versión mucho más vieja de Chiyo, informa al público de que nunca volvió a ver a su hermana. Un día, en un puente sobre el río Sunagawa, se encuentra con el Presidente (Ken Watanabe), quien, tras verla llorar, le compra un cono de hielo raspado. El encuentro deja una profunda impresión en Chiyo. Ella guarda el pañuelo que él le da y visita un santuario cercano para rezar a la deidad para que se convierta en geisha y vuelva a encontrarse con el Presidente.

Cuando Chiyo tiene 15 años, la otra geisha prominente de Kioto, Mameha (Michelle Yeoh), visita a la Nitta Okiya para pedirle a la Madre que le permita entrenar a Chiyo en las artes de la geisha. Chiyo se convierte en maiko, una geisha en formación, y recibe un nuevo nombre, Sayuri. Mientras tanto, Hatsumomo toma a Calabaza bajo su tutela. Con el tiempo, Sayuri se convierte en la geisha más famosa de Kioto, superando a Mameha y a Hatsumomo. Tal y como esperaba Mameha, Madre elige a Sayuri en lugar de a Calabaza como su sucesora. Esa noche, Hatsumomo casi quema la Okiya, lo que provoca su marcha.

Entonces llega la Segunda Guerra Mundial, y un número importante de geishas son llevadas a las ciudades que potencialmente pueden ser bombardeadas. El presidente y su amigo Nobu (Kōji Yakusho) garantizan la seguridad de Sayuri enviándola al campo. Ella pasa varios años allí, trabajando para un fabricante de kimonos. Después de la guerra, Nobu llega buscando la ayuda de Sayuri tanto para él como para el Presidente. Al darse cuenta de que el destino le ha brindado la oportunidad de volver a ver al Presidente, Sayuri acepta.

¿Acaban Sayuri y el Presidente juntos?

Sí, se reúnen al final de la película. Y se insinúa con fuerza. Desde el momento de su primer encuentro, Sayuri ha estado enamorada del Presidente. Como le dice, cada paso que ha dado en su vida la ha llevado a él. Su segundo encuentro se produce cuando Sayuri todavía está sirviendo como criada en la Okiya. Como el Presidente revela más tarde, la reconoce durante este encuentro y se interesa por ella. Cuando ve que su amigo Nobu se siente atraído por Sayuri, decide apartarse, con la esperanza de que Sayuri aporte algo de paz a la problemática vida de Nobu. Después de la guerra, cuando Nobu le pide ayuda, Sayuri acepta su propuesta porque espera volver a ver al Presidente.

Vuelve a la ciudad y se reúne con Calabaza y Mameha y les convence para que la ayuden. Nobu le ha pedido que entretenga al coronel estadounidense Derricks (Ted Levine), que puede asignar un contrato a Nobu y a la empresa del Presidente. Todos vuelan a las islas Amami, donde Sayuri rechaza inicialmente los avances de Derricks, diciéndole que una geisha es una artista. Sin embargo, más tarde intenta utilizarlo para acallar los sentimientos románticos que Nobu siente por ella. Le pide a Pumpkin que traiga a Nobu mientras ella (Sayuri) intima con Derricks. En su lugar, Pumpkin trae al Presidente, quien, tras verla con Derricks, se marcha rápidamente.

Sayuri y el Presidente se reúnen en las escenas finales de la película, y éste le confiesa sus sentimientos por ella. Mientras pasean juntos por el jardín de la casa de té, la narración de la Sayuri mayor da pistas sobre su futuro. Durante su primer encuentro, nos enteramos de que el Presidente tiene hijos. Lo más probable es que su mujer esté viva, porque probablemente se habría mencionado explícitamente si no lo estuviera. Por eso, cuando la narradora dice: "Para un hombre, la geisha sólo puede ser media esposa", probablemente esté reflexionando sobre su final feliz con el Presidente. No es tan absoluto como suele ocurrir en otras películas románticas. Pero, de nuevo, ella nunca deseó un final feliz. En el santuario, hace tantos años, rezó para ser geisha y volver a ver al Presidente, y ha conseguido todo lo que deseaba.

La película termina aquí y no muestra lo que les depara el futuro. Lo más probable es que el Presidente se convierta en su danna o patrón. En el libro de Golden, Sayuri deja de ser geisha después de que el Presidente se convierta en su danna. Tienen un hijo juntos. Tras la muerte del Presidente, se va a América con su hijo y establece una casa de té en Nueva York. La película Sayuri puede seguir este camino o crear uno nuevo. En cualquier caso, el Presidente formará parte de su futuro.

¿Por qué Calabaza traiciona a Sayuri?

Cuando Sayuri ve a Calabaza después de la guerra, ésta ha sufrido cambios drásticos. La chica tímida y de voz suave que Sayuri conocía ha desaparecido para siempre. Ha sido sustituida por una mujer fuerte y asertiva que sabe utilizar su sexualidad. Los tiempos de guerra no han sido amables con Pumpkin, pero ha sobrevivido a ellos. Y ahora, trabaja como acompañante, sobre todo entreteniendo a los soldados americanos. Aunque le dice a Sayuri que no le guarda rencor a la otra chica por lo que pasó cuando eran maiko, pero como se evidencia por sus acciones con respecto al Presidente en las Islas Amami, claramente lo hace.

Como aprendiz de Hatsumomo, Calabaza esperaba convertirse en la próxima Madre. Pero Kayoko sabía que si permitía que Calabaza se convirtiera en la Madre, básicamente entregaría la Okiya a Hatsumomo. La participación de Mameha en el entrenamiento de Sayuri le ofreció una alternativa potencial, y la aceptó con entusiasmo. Cuando Madre elige a Sayuri en lugar de a Calabaza como su sucesora, esto causó un daño irreparable en la amistad de Sayuri y Calabaza. Y finalmente culmina con la traición de Calabaza cuando trae al Presidente y no a Nobu mientras Sayuri está con Derricks. Sabe lo mucho que le dolerá a Sayuri y quiere que sienta el mismo dolor que ella sintió cuando Madre eligió a la otra chica como sucesora.

¿Por qué Mameha ayuda a Sayuri?

La participación de Mameha en la vida de Sayuri acaba por cambiarla drásticamente. Gracias a la astuta trama de Mameha, Sayuri se convierte en la mejor geisha de Kioto. Sin embargo, en la parte final de la película se revela que el Presidente pidió a Mameha que se acercara a la Nitta Okiya y tomara a Sayuri como aprendiz. Pero eso no disminuye la relación que las dos mujeres han mantenido a lo largo de los años. En ausencia de su verdadera hermana, Mameha ocupa ese puesto vacante y guía a Sayuri en su entrenamiento.

Su relación se tensa brevemente cuando Mameha sospecha que Sayuri perdió su virginidad con el Barón, que es la propia danna de Mameha. Pero cuando descubre que el Barón está dispuesto a pagar un precio exorbitante por el mizuage de Sayuri (la pérdida ceremonial de la virginidad de una aprendiz de geisha ante un patrón), se da cuenta de que ha cometido un error. Como le dice a Sayuri, nadie aceptaría pagar tanto dinero por algo que ya ha tomado. Incluso después de la guerra, ese vínculo permanece intacto entre las dos mujeres, y Mameha ayuda a Sayuri en su preparación para entretener a Derricks.