A causa dei suoi occhi grigio-azzurri (molto rari tra gli orientali) Chiyo ha un grande potenziale come geisha, ma Hatsumomo non può tollerare rivali ed utilizza il suo status di geisha principale dell'okiya per maltrattare Chiyo, arrivando a costringerla a giurarle obbedienza in cambio dell'indirizzo del bordello in cui si trovava la sorella Satsu. Questo patto permette ad Hatsumomo di usare Chiyo per danneggiare una geisha rivale, Mameha (Michelle Yeoh), a cui riesce a rubare un prezioso kimono; in nome del patto stretto Hatsumomo spinge la piccola a rovinare il kimono e a riportarlo indietro, assumendosi in questo modo la colpa del misfatto. Una volta saputo l'indirizzo della sorella, la bambina corre da lei e insieme fanno piani per fuggire, ma durante la fuga Chiyo cade rovinosamente da un tetto; viene così scoperta e riportata all'okiya, dove viene sottoposta alle cure mediche. La "Madre" punisce severamente Chiyo, degradandola dalla condizione di "maiko" (studentessa delle arti della geisha) a quella di una umile serva destinata alle prestazioni più degradanti.
Un incontro casuale su un ponte tra la piccola Chiyo ed un uomo elegante dai modi gentili (Direttore Generale di una grande industria di Osaka), accompagnato da due geisha, cambia la vita di Chiyo per sempre. Dopo averle offerto un cono di ghiaccio dolce, l'uomo le regala del denaro racchiuso in un fazzoletto. Colpita dai suoi modi educati e disinteressati, Chiyo decide di non spendere il denaro ricevuto ma di donarlo al tempio (conservando, invece, preziosamente il fazzoletto) esprimendo ardentemente il desiderio di poter un giorno diventare anche lei una geisha, intuendo che questo fosse l'unico modo per portarsi vicino al gentilissimo Direttore Generale.
Il suo sogno comincia a tramutarsi in realtà quando, diversi anni dopo, la stessa Mameha (apparentemente senza alcuna motivazione) visita la okiya per discutere della possibilità di addestrare Chiyo come geisha. Diventata ufficialmente "maiko", ovvero un'apprendista geisha, Chiyo diventa la "sorellina" di Mameha ed anche la sua protetta, e con rapidità sorprendente comincia ad apprendere le molteplici arti di una vera geisha. A seguito di una cerimonia solenne Mameha le conferisce il nome da geisha: Sayuri (Zhang Ziyi) .
Dopo un intenso e rapido addestramento, Mameha le propone di intrattenere con le sue arti l'industriale Nobu Toshikazu. Quando Sayuri scopre che l'uomo è l'assistente del Direttore Generale, crede di aver trovato il modo di stare vicina all'uomo amato, ma è costretta soltanto a fugaci incontri formali con lui, dal momento che Mameha la assegna al suo assistente Nobu, considerato l'unico modo per mettere in difficoltà Hatsumomo e mandare a monte i suoi progetti per danneggiarla.
Mameha, da esperta geisha e protettrice (onesan, ovvero "sorella maggiore") di Sayuri, introduce la giovane nell'ambiente facendole fare mostra delle arti acquisite: danza, conversazione e cerimonia del tè. Subito cattura l'attenzione di molti clienti abituali e allo stesso tempo l'invidia di molte geisha. Si apre l'asta per il suo "mizuage", ovvero per appropriarsi della sua verginità, venduta a un certo dottor "Granchio" per la somma record di 15.000 yen. Mameha confessa a Sayuri che la maggiore offerta l'aveva fatta il "Barone", suo danna personale, ma che, essendo legata sentimentalmente a lui, aveva deciso di far vincere l'asta al secondo miglior offerente, il dottor "Granchio", appunto. La rapida scalata di Sayuri spinge la "Madre" a dichiararla sua "figlia prediletta", nonché futura amministratrice della proprietà della okiya, soppiantando sia Hatsumomo che Zucca (che, da quel momento, le porterà rancore per averle portato via il sogno di una vita).
A quei tempi Sayuri diventa la geisha più celebre di tutta Gion (quartiere della città di Kyoto). Hatsumomo, accecata dalla gelosia, va nella stanza di Sayuri (che prima era la sua stanza) per cercare qualcosa che potesse danneggiare la ragazza e lì trova il fazzoletto che il Direttore Generale le aveva regalato da bambina. Capito il sentimento di Sayuri per l'uomo, Hatsumomo apostrofa la ragazza, nel frattempo piombata nella stanza, ricordandole che le geisha non possono permettersi il sentimento dell'amore (lei stessa a suo tempo era stata costretta a lasciare l'uomo amato in nome della sua professione). Tra le due si scatena una lotta, durante la quale una lampada ad olio cade a terra provocando un incendio. Mentre l'intera okiya si affretta a spegnere l'incendio e a mettere in salvo i preziosissimi kimono di proprietà della casa per le sue geisha, Hatsumono in un impeto di follia tenta di far bruciare l'intero edificio e i suoi occupanti, gettando a terra tutte le altre lampade a olio. Successivamente, domato l'incendio, Hatsumomo viene scacciata dalla "Madre" e costretta a lasciare la okiya per sempre.
La nuova posizione di Sayuri come tenutaria della Nitta okiya e come geisha più famosa di Gion, tuttavia, durerà poco. La seconda guerra mondiale cambierà le vite delle geisha per sempre. Sotto consiglio del Direttore Generale emigra in campagna, riuscendo così a sfuggire ai bombardamenti o alla deportazione come infermiera o prostituta d'alto bordo per ufficiali. La lussuosa vita di Sayuri si tramuta in una vita di stenti, nell'oscurità della campagna profonda, ridotta al ruolo di contadina, ma alla fine si reincontrerà con l'industriale Nobu, in rovina, che porta nelle tasche delle pietre annerite, ultimo residuo delle sue fiorenti industrie. Nobu invita Sayuri a tornare a Gion per aiutare lui e il Direttore Generale: un ufficiale americano, il colonnello Derricks, che poteva finanziare la ricostruzione delle aziende distrutte, si era infatti interessato a lei e Sayuri avrebbe dovuto usare le arti da geisha per renderlo più affabile. Dopo un iniziale tentennamento Sayuri accetta e, tornata a casa, rimedia qualche kimono, convincendo anche Mameha (ora "vedova" del suo danna) a riprendere in mano la vecchia vita e ad aiutarla a recuperare lo splendore di una volta. Reincontra anche "Zucca", ora completamente americanizzata e ridotta al ruolo di meretrice per gli ufficiali statunitensi. Su un'isola, in privato, Nobu finalmente confessa a Sayuri che vorrebbe diventare il suo danna. Nonostante tutto, Sayuri ancora nutre sentimenti di amore per il Direttore Generale, ed orchestra una messinscena per rendersi indesiderabile agli occhi di Nobu. Chiede allora a "Zucca" di portare Nobu in un luogo preciso ad un orario stabilito: questo per permettergli di sorprendere Sayuri e il colonnello Derricks impegnati in atteggiamenti intimi. "Zucca", invece, vedendo l'occasione di potersi vendicare, porterà ad assistere all'incontro nientemeno che il Direttore Generale. Quando l'industriale Nobu viene a conoscenza della tresca, non perdonerà, né vorrà più vedere, Sayuri.
Successivamente, senza che sia stato fatto alcun nome, arriva alla Nitta okiya un biglietto dove si legge che un danna ha deciso di scegliere Sayuri e di riscattare l'intero suo debito, fissando un appuntamento in un gazebo di un parco lungo il fiume. Sayuri, andando all'incontro, si aspetta di trovare Nobu, ma trova invece con sua grande sorpresa l'amato Direttore Generale. Quest'ultimo le rivela finalmente i suoi sentimenti d'amore, svelandole anche che fin dall'inizio aveva riconosciuto in lei la bambina a cui aveva comprato un cono di ghiaccio e che fu lui stesso a chiedere a Mameha di prenderla sotto la sua ala.
Il film finisce con la voce narrante di una Sayuri anziana rimembrante il suo primo giorno di vita felice, mitigato dalla consapevolezza dell'essere soltanto "una moglie a metà".
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