故事以倒叙方式，由临终前的女主角黛丝·富勒与其女儿卡洛琳读出主角本杰明·巴顿遗下的日记，而开始其传奇故事。本杰明的身体相当奇特，出生时就像80岁的老婴儿。母亲为了生他而难产去世，后被父亲托马斯视为怪胎遗弃到养老院。无法生育的黑人女护工昆妮收养了他，并为他取名本杰明。接着，本杰明开始逆着常人成长的定律长大，身体随着年龄的增长变得稍有活力。他在养老院里度过童年。1930年，11岁的本杰明遇上了富勒太太8岁的孙女黛丝，善良而亲切的黛丝温暖了本杰明。逐渐成长的本杰明后成为雀喜号的水手。一次，他的父亲托马斯偶然与本杰明相遇，邀他饮酒，但没有与本杰明相认。
1936年，17岁本杰明的离开黛丝，随船出海周游，期间他不断给黛西寄回明信片，他们之间的情缘从此埋下种子。摩尔曼斯克的旅馆中，本杰明遇到了已婚妇人伊丽莎白·亚伯特，两人谱出一段恋情。之后伊丽莎白与本杰明离别。不久日本偷袭珍珠港，雀喜号被美国海军征用，从事打捞搜救的工作。在一次战争中，其拖船与敌方相遇，两者同归于尽，最终只有他一人生还，往昔的同事纷纷先他而去。这些经历使他对人生生命有了全新的认识。1945年5月，26岁的本杰明回到疗养院巧遇黛丝，这时本杰明已成了50多岁的成年男人。黛丝成为芭蕾舞团中的唯一一位美国人，事业如日中天，与另一位男演员相爱，看到此景，本杰明离开了黛丝，并在外度过一段风流岁月，慢慢地他的身体变得如同40岁的成熟男人。
他获得父亲托马斯的邀请，在酒席上他得知了自己的身世。此时托马斯已身患重疾，将自己140年的家族生意——钮扣厂交给本杰明。不久，托马斯去世，本杰明与昆妮一同出席了葬礼。不巧，黛丝在巴黎表演期间由于一系列偶然之下，在街上遭车祸，让她无法重回芭蕾舞舞台。本杰明·巴顿接到电报后到访，但两人未能更进一步的相恋。1962年春，黛丝回到养老院，与本杰明重逢，两人自组家庭并开始了浪漫的婚姻生活，这时他的身体变成了30多岁的男人。随后，黛西成为舞蹈学校师，并有了一个女儿，本杰明·巴顿意识到他将继续变小，最后将变成小孩子一样，为了能给黛西一个正常的生活，他将所有房产、产业变卖，然后将卖得的钱交给黛西后离去。他又一次开始周游世界的旅程，而黛西则改嫁给一位鳏夫。
10多年后，两人再次相见。本杰明给了黛丝寄来准备交给女儿的提前填写的明信片。数年后，本杰明随后体型变成小孩，回到疗养院中倒头便睡，记忆开始衰退之下，警察在其背包上找到其日记并把其交给黛丝。黛丝像照顾自己孩子一样照顾他，最后在2003年，本杰明变成婴儿躺在黛西怀中闭上眼睛。此时作为回忆人的黛西躺在医院里，飓风卡崔娜吹袭美国南部之时，悄悄离开人世。