抗联战士庞天德（朱亚文 饰）所在部队被日本关东军疯狂围剿，不得已暂时撤入苏联境內。苏联方面安排娜塔莎（伊莉莎 饰）负责中国军人的谍报培训工作，她十分欣赏聪明俊朗的天德，两人萌生深深爱意。训练结束后，俩人被派遣到境内与地下党…

《我的娜塔莎》讲述了一个长达50年的的跨国爱情故事，由朱亚文饰演的抗联战士庞天德在苏联境内接受苏军训练，结实了女教官娜塔莎，从此两人在战斗中渐渐的走到了一起，这段感情经历了近半个世纪的失散聚合，耐人寻味。