Le film tourne autour de la vente d'un tableau de Piet Mondrian et met en scène les mœurs, les ambitions et les relations entre artistes, marchands d'art, collectionneurs... qui évoluent dans le monde de l'art contemporain à Londres.
Le film, découpé en un prologue, huit tableaux et un épilogue, montre la vie dans la Russie du XV siècle, entre 1400 et 1423, par les yeux d'Andreï Roublev, peintre itinérant d'icônes.
Un homme, Cisco, et sa compagne, Skye, artiste peintre, passent leurs dernières heures ensemble dans un loft à Manhattan avant la fin du monde, prévue le lendemain à 4 h 44. À mesure que les heures avancent dans la nuit, ils ressentent le besoin de se rapprocher l'un de l'autre, et de communiquer avec leur famille, via Skype, alors que l'angoisse de la fin du monde imminente se fait de plus en plus oppressante.
Un tableau laissé inachevé par son peintre représente un somptueux château entouré par un lac, une vallée et une forêt réputée dangereuse. Les personnages se sont divisés en trois catégories : les « Toupins » (« tout peints »), qui sont entièrement terminés ; les « Pafinis » (« pas finis »), à qui il manque quelques touches de couleur ; et les « Reufs » (de l'anglais « roughs », « ébauche » en français), qui sont encore de fragiles ébauches. Lola, une Pafinie, présente cet univers, ainsi qu'une de ses amies, Claire, une autre Pafinie qui est en couple avec un Toupin plus ouvert que les autres. Une nuit, Ramo, l'amoureux, se rend au château pour observer le discours du nouveau chef des Toupins, le « Grand chandelier ». Persuadés que le peintre ne reviendra plus, les Toupins prennent prétexte de leur beauté parfaite pour prendre le pouvoir sur les autres personnages et leur interdire l'accès au château. Ramo tente de s'opposer à cette décision, mais subit des moqueries à cause de sa relation avec une Pafinie. Deux Reufs sont venus observer le discours discrètement, mais l'un d'eux se fait prendre et piétiner par la foule jusqu'à être réduit à l'état de gribouillis.
Lars est un peintre danois en panne d'inspiration. Son manager l'envoie au fin fond du Canada pour enseigner l'art dans une école afin qu'il retrouve sa créativité. Il rencontre Lesley et afin de lui plaire, il accepte d'héberger Eddie, un élève muet et retardé. Après quelque temps de cohabitation, les deux hommes développent une amitié. Mais Lars se rend vite compte, que son pensionnaire souffre de somnambulisme et commet des atrocités pendant la nuit. Il se rend compte que ces faits lui redonne sa créativité et se remet à peindre.
Artiste spécialisé dans la restauration de fresques, Stefano est invité par un ami à exercer ses talents dans l'église d'un petit village italien. Là, il découvre une fresque représentant le martyre de Saint-Sébastien. Loin d'être épaulé par le prêtre, il ressent assez vite l'hostilité d'une partie du village qui s'oppose à la résurrection de cette pièce de collection.
Dans un coin de campagne, Mirabelle, une jeune parisienne en vacances chez ses parents, fait la connaissance de Reinette, une villageoise. Elles sympathisent et Reinette fait découvrir à Mirabelle sa peinture et les enchantements de la campagne, notamment l'heure bleue, ce moment si particulier juste avant l'aube où la nature est silencieuse...
Le détective de Scotland Yard Frank Webber accompagne sa fiancée Alice White dans un salon de thé. Ils se disputent et Alice part avec Mr. Crewe, un artiste qu'elle avait auparavant accepté de rencontrer. À son studio, Crewe chante Miss Up-to-Date en s'accompagnant au piano. Alice flirte innocemment avec l'artiste, qui la convainc d'essayer une robe. Mais au moment où elle se change, l'homme se met à l'agresser. Il la traîne jusqu'au lit et tente de la violer. Alice saisit un couteau de cuisine qui se trouve à sa portée et frappe son assaillant à mort… Après avoir tâché de dissimuler toute trace de sa présence dans l'appartement, Alice quitte les lieux. Elle ne s'est pas rendu compte, cependant, qu'elle a oublié ses gants. Le lendemain, Frank, chargé de l'affaire, découvre l'un des gants. Il réalise qu'il appartient à Alice et décide de se rendre dans le magasin du père de celle-ci pour la trouver. Le couple est surpris par un dénommé Tracy, un voleur à la petite semaine qui a surpris Alice dans l'appartement de l'artiste. L'homme essaye de les faire chanter, mais Frank le défie. Un retournement de situation intervient quand la concierge de l'artiste, qui a vu Tracy sur les lieux du crime, identifie celui-ci. Alors, il devient le principal suspect. Il prend la fuite, mais la police est à ses trousses. Il parvient en hurlant jusque sur le dôme du British Museum mais, finalement, il se tue en tombant à travers un panneau vitré du dôme. Alice éprouve l'envie de confesser son crime et se rend à Scotland Yard. Elle tente de s'adresser à l'inspecteur principal, mais Frank l'en empêche, et c'est en compagnie de ce dernier qu'elle repart.
Cherchant à percer le mystère de la création, le cinéaste se dit : «Pour savoir ce qui se passe dans la tête d'un peintre, il suffit de suivre sa main». Un habile stratagème lui permet de réaliser son projet insensé : par transparence, chaque trait tracé par la main du célèbre artiste apparaît dans l'espace. Mais l'exécution, par Pablo Picasso, de dessins et de tableaux, ne fait que gonfler davantage le mystère qui plane autour de lui : en effet, chacun des traits qu'il effectue étonne et déconcerte. Des toreros blessés et des nus sont ainsi créés, comme par magie, fruits d'un travail acharné qui connaît parfois quelques échecs.
Paris, sous l'occupation, durant la Seconde Guerre mondiale. L'armée allemande réquisitionne immeubles, véhicules, biens et même vivres. La vie quotidienne des Français est donc difficile, car ils doivent non seulement subir les conséquences de la défaite, mais aussi la présence d'une armée d'occupation (le personnage de Grandgil en fait la remarque durant le film)
Le film, comme le titre l'indique, est une biographie du peintre hollandais du XVII siècle, qualifié de « plus grand peintre de tous les temps » dans le texte qui défile à l'écran en guise de préambule. Rembrandt, au moment où l'histoire commence, est un peintre adulé, sollicité par les plus riches, mais dont le plus grand plaisir consiste à réaliser des portraits de son épouse Saskia. Celle-ci, cependant, tombe brusquement malade et meurt, laissant le peintre désemparé. Plutôt que d'assister aux funérailles de sa femme, il tâche de peindre d'elle au moins un dernier portrait, tant que son image ne s'est pas encore tout à fait éteinte dans son souvenir ; à partir de cet événement tragique, la vie du peintre, progressivement, va se désagréger…
Le film commence dans un relais de montagne. Des clients sont rassemblés dans la salle du restaurant et discutent. Tout d'un coup, un étrange individu fait irruption. Il porte sous le bras un objet empaqueté qui a la forme d’un coffret, n'a pas de main gauche et paraît avoir le diable à ses trousses. À la suite d'une coupure de courant, le paquet disparaît. Les clients le pressent de raconter son histoire.
Cinq femmes autour d'Utamaro est une biographie du peintre et graveur Utamaro Kitagawa (1753-1806), dans laquelle le rôle de Naniwaya Okita est tenu par Kinuyo Tanaka.
Fin du XIX siècle. Après avoir distribué ses maigres biens aux miséreux, le peintre naïf géorgien Niko Pirosmanichvili (1862-1918) erre dans les rues de Tiflis (Tbilissi), troquant son talent pour le prix d'un repas. Ses tableaux sont remarqués par deux artistes de passage qui organisent une exposition de ses œuvres. Mais la critique officielle les boude ou les raille. Seuls de très rares connaisseurs auront détecté son génie. Pirosmani meurt dans le dénuement et fort incompris.