Après son internement à l'asile, Vincent Van Gogh s'installe à Auvers-sur-Oise chez le docteur, amateur d'art et protecteur des peintres. Entre les relations conflictuelles qu'il entretient avec son frère Théo et sa santé mentale vacillante, Vincent continue son oeuvre.

Le film se déroule en 1890 et présente les 67 derniers jours1 de la vie du peintre postimpressionniste Vincent van Gogh, depuis son arrivée en train à Auvers-sur-Oise, où il est soigné et protégé par le docteur Gachet, à sa mort consécutive à sa tentative de suicide.

Pialat présente un Van Gogh au sommet de son art, à l'activité artistique intense, mais aussi la détérioration lente de son état mental, l'emprise de l'absinthe et ses rapports avec les femmes. Il imagine une histoire d'amour avec Marguerite, la fille du docteur Gachet.