The Danish girl retrace la remarquable histoire d'amour de Gerda Wegener et Lili Elbe, née Einar Wegener, l'artiste danoise connue comme la première personne à avoir subi une chirurgie de réattribution sexuelle en 1930. Le mariage et le travail de Lili et Gerda évoluent alors qu’ils s’embarquent sur les territoires encore inconnus du transgenre.

1893, malgré leurs quatorze ans d'écart, Gabrielle Sidonie Colette, jeune fille à l'esprit rebelle, épouse Willy, écrivain aussi égocentrique que séducteur. Grâce à ses relations, elle découvre le milieu artistique parisien qui stimule sa propre créativité. Sachant repérer les talents mieux que quiconque, Willy autorise Colette à écrire – à condition qu'il signe ses romans à sa place. Suite au triomphe de la série des Claudine, il ne tarde d'ailleurs pas à devenir célèbre. Pourtant, tandis que les infidélités de Willy pèsent sur le couple, Colette souffre de plus en plus de ne pas être reconnue pour son œuvre…