Wien, um 1900. Gerade als er wegen eines drohenden Duells aus der Stadt flüchten will, erhält der leichtlebige Pianist Stefan Brand von seinem Diener den Brief einer unbekannten Frau. Darin schildert die im Sterben liegende Verfasserin, dass sie bereits als Teenager in ihn verliebt war. Als junge Frau hätten sie eine kurze Affäre miteinander gehabt, in Folge derer sie von ihm schwanger wurde. Und auch als verheiratete Frau wäre sie bereit gewesen, für ihn ihre Familie aufzugeben, doch er habe sie nicht wiedererkannt. Betroffen fragt Stefan seinen Diener nach dem Namen der Frau.

Die tragische Geschichte einer unerfüllten Liebe zählt zu den vier Filmen, die Max Ophüls ("Der Reigen") von 1947-49 in Hollywood drehte. Die um drei Episoden im Leben der von Joan Fontaine ("Verdacht") verkörperten Briefschreiberin strukturierte Adaption der gleichnamigen Novelle von Stefan Zweig bietet Ophüls reichlich Gelegenheit, den für ihn typischen frei fliegenden Kamerastil anzuwenden und seine Figuren im Bahnhofsgetümmel oder im Treppenhaus zu verfolgen. "Brief einer Unbekannten" war Joan Fontaines erklärter Lieblingsfilm.