Действие разворачивается в Советском Союзе в 1949 году. В подмосковной научно-исследовательской тюрьме Марфино заключённые учёные работают над важным проектом по заказу самого Сталина — созданием устройства для секретной телефонии. Главный герой, Глеб Нержин, сталкивается с трудным моральным выбором: следует ли ему продолжать трудиться на ненавистный режим или предпочесть опасный путь в ГУЛАГ, отказавшись от относительного комфорта шарашки.

Иван Шухов, бывший солдат, после немецкого плена оказывается в своей родной стране заключённым Щ-854. Вместе с другими зеками он строит завод-гигант космической промышленности посреди снегов. Несмотря на несправедливость, голод, унижение и страх, даже в каторжном лагере Иван Денисович сохраняет удивительные черты русского характера. Трудолюбивый и честный, открытый миру, но научившийся выживать даже на краю гибели, он воплощает народную мудрость и веру в чудо. Иван Денисович отбывает последние дни из своих 10 лет заключения. Выйдет ли он на свободу, сбудутся ли его мечты о встрече с дочерьми, и сможет ли он остаться самим собой среди других политзаключённых, каждый из которых по-своему проходит испытания за колючей проволокой?

Фильм охватывает последние полтора года жизни Николая II и его семьи, вплоть до их трагической кончины. События разворачиваются с февраля 1917 года по июль 1918 года. Финальные кадры предоставляют исторический контекст, показывая канонизацию царской семьи.