法國淪陷後，不堪納粹壓迫的人們必須繞道非洲，再經由裏斯本出亡美國。於是法屬摩洛哥的北部城市卡薩布蘭卡作為必經的中轉地，難民雲集，黑市護照生意興隆。
從柏林飛來的納粹德國秘密警察頭目司特拉斯少校，下機伊始便向負責當地治安的法國警察局長雷諾上尉申明來意。他不僅要查清兩個德國信使不久前被殺壹案，更重要的是要追蹤剛從集中營裏釋放出來的捷克左翼運動領導人維克多·拉斯羅，並阻止他在本市轉機飛往裏斯本。雷諾是個意誌薄弱的人，他甘心投靠法國偽政府，但又憎恨納粹。他向司特拉斯報告說，殺害德國信使的兇手已經查明，他將於今晚在裏克飯店設伏逮捕。
裏克飯店是靠近機場的壹家豪華的夜總會。主人裏克是壹個面色冷峻、目光犀利的美國人。除了雷諾，很少有人了解他那段曾在西班牙和埃塞俄比亞參加過反法西斯戰爭的歷史。他在飯店裏周旋於各色人等之間。無論是納粹分子、法國警察、來歷不明的難民或殺人不眨眼的黑幫頭目，他都能應付自如。
殺死了德國信使的猶加特來找裏克。他從信使身上弄到兩張由德國元帥簽發的通行證，他要裏克代為保管。等他找到買主後，他就將遠走高飛。裏克同意了。
雷諾領著司特拉斯少校來到裏克飯店。雷諾告訴裏克，今夜將在飯店裏設伏逮捕壹名兇手，並警告他不要泄漏風聲。他同時告訴裏克，拉斯羅已經到達，奉勸他不要幹擾警方的追蹤計劃。雷諾告訴司特拉斯說，裏克是壹位中立人士，但司特拉斯輕松地報出了裏克的真名實姓、實際年齡和他過去的經歷，並恫嚇他必須幫助他們阻止拉斯羅逃往美國。裏克神色自若地回答說，他對“狐貍”和“獵狗”都不感興趣，他的職業只是開酒店。
拉斯羅和依爾沙也來到了裏克飯店。拉斯羅和前來接頭的抵抗運動分子約定了會面地點和時間。依爾沙發現了飯店的鋼琴師山姆，兩人神色陡變。接頭人離去後，雷諾和司特拉斯突然出現在拉斯羅面前，嚴厲詢問他來卡薩布蘭卡的目的。拉斯羅拒絕回答。雷諾要求他改日去警察局接受查詢，拉斯羅同意了。這時依爾沙走向山姆，要求他彈唱壹支《時光流轉》的曲子。剛從屋裏出來的裏克聽到歌聲，頓時面色蒼白，呆若木雞。雷諾剛要向裏克介紹拉斯羅和依爾沙，依爾沙主動伸過手來向裏克問好，並向他介紹了拉斯羅。
夜色已深，顧客散盡，只有裏克壹人坐在店堂裏。《時光流轉》的旋律在他耳邊縈繞不息，他陷入了對往事的回憶。
春天的巴黎。裏克和依爾沙在壹輛敞篷汽車裏相偎相依，緩緩行駛在愛麗舍田園大街上。
在巴黎的壹家飯店裏，裏克和依爾沙在翩翩起舞。
在裏克的巴黎寓所裏，裏克和依爾沙擁抱接吻。依爾沙告訴他，她愛過壹個男人，可是他死了，現在她愛裏克愛得發狂。
在巴黎陷落的前夕，裏克告訴依爾沙，他早已在納粹的黑名單上，他必須盡快離開。
在巴黎的壹家飯店裏，山姆在彈奏《時光流轉》。裏克和依爾沙約定在火車站匯合，與山姆壹起去裏昂。
在春雨綿綿的火車站上，裏克焦急地等待著依爾沙的到來。山姆跑來告訴裏克，依爾沙已不知去向。她給裏克留下了壹封信，信中寫道：“我不能和妳壹同走，也不能和妳再見面了，妳壹定不要問為什麽。只要相信，我愛妳。去吧，親愛的，上帝保佑妳。”
從回憶中驚醒過來的裏克發現依爾沙正站在飯店門口。她想告訴他壹個關於她的身世的故事。裏克冷冰冰地拒絕了她，說他對解釋不感興趣。
拉斯羅從抵抗運動分子那裏了解到自己處境危險，但又苦於弄不到出境護照。他從壹個賣黑市護照的人那裏打聽到裏克手裏握有兩張通行證，便去找裏克幫忙，卻遭到了拒絕。當夜依爾沙再次出現在裏克面前，斥責他不應為了個人感情創傷而向整個世界報復。她用手槍脅迫裏克交出通行證，裏克坦然要求她開槍。她的手顫抖了，槍掉落在地上，她向裏克哭訴了自己的隱情：她和拉斯羅結婚後才三個星期，拉斯羅便被捕了，不久就傳來他死亡的消息。但正當她準備去火車站和裏克壹起逃亡時，她突然接到拉斯羅的朋友的電話，說拉斯羅仍活著，正在巴黎郊外養病。她不能扔下拉斯羅不管，只得忍痛留下。她希望永遠不要再遇見裏克，但現在她再也沒有勇氣離開裏克了。裏克明白了壹切，決定幫助拉斯羅離開卡薩布蘭卡。
拉斯羅和依爾沙依照裏克的安排，在飛機起飛前幾分鐘來到裏克飯店。裏克用手槍脅迫雷諾在通行證上簽上“同意放行維克多·拉斯羅和夫人”字樣。依爾沙深深理解裏克的舍己救人的意圖，不禁熱淚盈眶。但正當飛機即將啟動時，司特拉斯沖進了機場。他發現拉斯羅已經登機，便企圖打電話通知指揮塔制止飛機起飛。裏克毫不猶豫地壹槍打死了這個納粹頭子。
飛機起飛了。雷諾表示願意和裏克壹起逃出卡薩布蘭卡，去投奔自由。