本剧是一部古装传记爱情戏。故事背景设定在明朝，讲述了一个女子名叫李香兰（由张译饰演），来自个中的一位美丽女子，她的父亲是一个富商。在她的成长过程中，她与身边的人都保持着一贯的礼仪，敬重他人，不曾和任何男子有过交往。后来她结识了一个叫李志强（由郑凯饰演）的青年，他也是个中出身的一位学者。这对两个人之间的感情开始渐渐开花，最后两人的爱情故事落实于史册。在明朝历史上，李香兰确实存在，她是一个极为崇尚儒家的女子，而且还曾是李志强的前未婚妻。剧中很多人物和事件都与此时期的史料相符，也具有一定的想象性。《悠悠我思》，从一个平常的家族开始，告诉人们，一切皆有可能，这种爱情故事在当年的历史上真的发生过。