Pendant la Seconde Guerre mondiale, Cindy Lou rend visite à son fiancé Joe, un caporal affecté à la base militaire de Jacksonville. Carmen Jones, qui travaille à l'atelier de confection de parachutes couplé à la base, fait tourner la tête de tous les hommes. Elle provoque Joe puis se bat avec une autre ouvrière. La permission de Joe, qui comptait en profiter pour épouser Cindy Lou, est annulée. Il est contraint de conduire Carmen Jones devant les autorités militaires. En fait, il a postulé pour cette mission. Carmen multiplie les tentatives de séduction, face à un Joe dont la résistance héroïque faiblit rapidement. La nuit venue, Joe cède à son attirance pour Carmen..