I 'Miss Pettigrews Fantastiske Rejse' er Guinevere Pettigrew (Frances McDormand) en midaldrende guvernante i London, 1939, som endnu engang er blevet uretmæssigt fyret fra et job.

Hun opsnapper imidlertid et jobtilbud som ”socialsekretær” for starletten Delysia Lafosse (Amy Adams) og bliver straks kastet ind i Delysias udsvævende liv blandt overklassen i førkrigstidens ubekymrede high society-miljø. Miss Pettigrew hjælper Delysia med at navigere i kærlighedslivet og karrieren, men det er ikke nemt med hele tre mænd i Delysias liv.

Selv tiltrækkes Miss Pettigrew af den galante tøjdesigner Joe (Ciarán Hinds), som desværre er forlovet med den snobbede modedame Edythe (Shirley Henderson). I løbet af de næste 24 timer vil Guinevere og Delysia, trods deres forskelligheder, finde styrke hos hinanden og i fællesskab opdage deres romantiske skæbner.

'Miss Pettigrews Fantastiske Rejse' spørger: Kan man ændre sit liv og finde kærligheden på blot en enkelt dag?