Historia trudnej miłości dwojga ludzi, którzy nie umieją żyć bez siebie, ale równocześnie nie potrafią być razem. Wydarzenia pokazane w ,,Zimnej wojnie" rozgrywają się w latach 50. i 60. XX wieku, w Polsce i budzącej się do życia Europie, a w ich tle wybrzmiewa wyjątkowa ścieżka dźwiękowa, będąca połączeniem polskiej muzyki ludowej z jazzem i piosenkami paryskich barów minionego wieku.

W okresie zimnej wojny ambitny muzyk Wiktor Warski (Tomasz Kot) wraz ze znajomą Ireną (Agata Kulesza) organizują szkołę dla młodych talentów muzycznych i estradowych. Podczas szukania wybitnych osób towarzyszy im także Lech (Borys Szyc), który pomaga im zarządzać całym projektem. Gdy na przesłuchania trafia młoda utalentowana Zula (Joanna Kulig) zdobywa uwagę nauczycieli. Zespół odnosi sukcesy i zostaje doceniony na dużej scenie, jednak nie bezwarunkowo. Pojawiają się intrygi ustrojowe, miłosne konwenanse - także te podszyte czysto politycznymi przesłankami - mimo to, życie biegnie dalej i bohaterzy muszą poradzić sobie z przeciwnościami losu.

Pełna pasji historia miłości kobiety i mężczyzny, którzy poznali się wśród ruin powojennej Polski. Dzieli ich niemal wszystko, a szczególnie pochodzenie i temperament. Od początku wydają się tragicznie niedobrani. Okazuje się jednak, że mimo wszelkich różnic i przeciwności są na siebie skazani i nie są w stanie się rozstać. Raz po raz rozdzielają ich polityka, wady charakteru i nieszczęśliwe zrządzenia losu, podczas gdy zimnowojenna Polska lat pięćdziesiątych, Berlin, Jugosławia i Paryż stanowią tło dla ich historii miłosnej rozgrywającej się w niesprzyjających czasach.