1943년 이탈리아 북부 피에몬테. 제2차 세계대전으로 혼란스러운 정세 속에, 이탈리아에선 무솔리니가 파시스트 공화국을 세우면서 민족간 이념대립이 확산된다. 뜻있는 이탈리아 청년들은 의용군 파르티잔을 조직해 무솔리니에 대항한다. 영문학에 정통한 문학청년 밀톤(루카 마리넬리) 역시 총을 들고 파르티잔으로 활동 중이다. 밀톤은 한때 피에몬테의 별장에 머물며 자신과 음악과 문학으로 교감한 풀비아(발렌티나 벨레)를 마음 깊이 사랑했다. 하지만 밀톤이 고백하기 전에 풀비아는 고향으로 떠났다. 그리고 밀톤은 뒤늦게 풀비아가 자신의 친구 조르조(로렌초 리첼미)와 남몰래 만나왔다는 얘기를 듣고 괴로워한다. 밀톤은 조르조를 만나 사실을 확인하려 하지만 조르조는 파시스트에게 잡혀간 상태. 파시스트를 생포해 조르조와의 교환을 계획하지만 그조차 뜻대로 되지 않는다.

총알이 빗발치는 전쟁의 한가운데서도 삼각관계가 불러온 질투에 괴로워하는 밀톤이 영화의 주인공이다. 영화는 사랑이라는 사적인 문제에 몰두하는 한 인간의 실존적 고민에 집중한다. 20세기에 활동한 이탈리아 작가 베페 페놀리오 소설이 원작으로 <파드레 파드로네>(1977), <로렌조의 밤>(1982)의 파올로 타비아니, 비토리오 타비아니 형제 감독이 오랫동안 영화화하고 싶어 했던 소설이다. 2018년 4월 비토리오 타비아니 감독이 세상을 뜨면서 <레인보우: 나의 사랑>은 타비아니 형제가 마지막으로 협업한 영화가 되었다.