Filmen utspelar sig i Uppsala under åren 1907–1909 och kretsar kring den förmögna familjen Ekdahl som domineras av en rik och begåvad änka samt hennes tre söner. Äldsta sonen Oscar driver tillsammans med sin hustru Emelie den lokala och familjeägda teatern. Paret har tillsammans två barn: Fanny och Alexander. Då Oscar drabbas av en för tidig död, gifter sig Emelie med biskopen i staden och flyttar med barnen till hans spartanska och stränga hem. Ett helt nytt liv väntar Fanny och Alexander och vi vår följa dem och övriga familjen genom sorg och glädje, ljus och mörker.

Historien utspelar sig på en teaterscen en sen eftermiddag efter en avslutad repetition av August Strindbergs skådespel Ett drömspel. Den äldre teaterregissören Henrik Vogler – Bergmans alter ego, spelad av Erland Josephson – har slumrat till i salongen, då han vaknar av att den unga huvudrollsinnehavaren Anna Egerman – spelad av Lena Olin – låtsas leta efter något på scenen, men egentligen bara vill få tillfälle till ett privat samtal med regissören, som i yngre dagar också haft ett kortare förhållande med hennes mor och numera, sedan fem år, avliden skådespelerska, Rakel. Anna visar ett intresse för att också få en intimare relation med Henrik, men denne värjer sig från det. I sitt yrvakna tillstånd upplever han atmosfären i rummet som nästan overkligt drömlik.

En bakom kulisserna film om inspelningen av Fanny och Alexander, regisserad av Bergman själv. I filmen får vi se bland annat se hur Bergman arbetar tillsammans med trogna medarbetarna Gunnar Björnstrand, Erland Josephson, Allan Edwall och fotografen Sven Nyqvist.