“Armastusega Rooma” on kaleidoskoopiline komöödia, mille tegevus leiab aset maailma ühes lummavamas linnas. Film viib meid kokku tuntud Ameerika arhitektiga, kes meenutab oma nooruspäevi; tavalise keskklassi roomlasega, kellest saab äkitselt Rooma suurim kuulsus; provintsist pärit noorpaariga, kes mõlemad satuvad erinevatesse armuseiklustesse; ja Ameerika ooperilavastajaga, kes püüab lavale saada laulvat surnumatjat.

Tuntud arhitekt John (Alec Baldwin) puhkab Roomas, kus ta nooruses elas. Oma kunagises ümbruskonnas jalutades kohtab ta Jacki (Jesse Eisenberg), kangesti teda ennast meenutavat noormeest. Vaadates pealt, kuidas Jack armub ülepeakaela oma tüdruku Sally (Greta Gerwig) pimestavasse ja flirtivasse sõbrannasse Monicasse (Ellen Page), elab John uuesti läbi oma elu ühe valusaima romantilise episoodi. Samal ajal lendavad Rooma pensionile jäänud ooperilavastaja Jerry (Woody Allen) ja tema naine Phyllis (Judy Davis), et kohtuda tütre Hayley (Alison Pill) itaallasest kihlatu Michelangeloga (Flavio Parenti). Jerry on rabatud, kui kuuleb Michelangelo surnumatjast isa Giancarlot (tuntud tenor Fabio Armiliato) duši all laulmas aariaid, mis sobiksid hästi ka La Scala lavalaudadele. Olles veendunud, et nii suurepärast annet ei tohi vaka all hoida, haarab Jerry võimalusest aidata Giancarlot ning ühtlasi värskendada enda karjääri.

Leopoldo Pisanello (Roberto Benigni) on aga harukordselt igav mees, kes ühel hommikul ärgates avastab, et temast on üleöö saanud Itaalia suurimaid kuulsusi. Peagi jälgivad kõmuajakirjanikud iga ta sammu ning tahavad teada isegi tema elu pisemaid detaile. Kui Leopoldo võrgutava rambivalgusega tasapisi harjuma hakkab, mõistab ta viimaks ka kuulsuse hinda. Samal ajal jõuab väikesest provintsilinnast Rooma Antonio (Alessandro Tiberi), kes loodab ülirangetele sugulastele oma armsa uue naise Millyga (Alessandra Mastronardi) muljet avaldada ning tänu sellele tähtsale suurlinna ametikohale saada. Koomilise arusaamatuse ja juhuse tõttu lähevad paarikese teed päevaks lahku. Päeva lõpuks peab Antonio võhivõõrast kaunitari (Penélope Cruz) oma naise pähe esitlema ning Millyt meelitab õrnustega legendaarne filmistaar Luca Salta (Antonio Albanese).