故事发生在上个世纪九十年代初，主角康凯为了给女友尚洁提供稳定生活，毕业后开了一家餐馆。然而，尚洁无法面对康凯，最终两人的关系破裂。经过一系列波折，他们最终结婚并有了孩子。但令人惊讶的是，孩子并非康凯的，而是艺术家凌霄的。剧情跌宕，令人回味无穷。
故事中还涉及康凯的妹妹和萧萧的弟弟，妹妹康妹想要出国学习，却放不下与萧萧弟弟共同生活的机会，最终决定出国，原因是为了追求更高深的教育。
萧晓牧，一个云南打工妹，多年寻找康凯，因为她曾在14岁时骗得康凯资助，让弟弟完成高中学业并考上大学。她希望亲自向康凯道歉，并偿还他当年的钱。当她看到康凯疲惫不堪的生活状态时，没有贸然坦白，而是辞掉工作，来到康凯的餐馆工作，默默支持他。康凯因无法忘怀前女友，对周围的一切感情反应变得麻木，但晓牧对康凯的感情不仅仅是感恩，她真正感受到了他对家庭和婚姻的责任感，以及对感情的认真与执着。她深深地爱上了这个大哥。
康凯一直将晓牧当作妹妹看待，晓牧误以为康凯只喜欢有大学学历的女性。为了能够与康凯并肩，同时也为了回报康凯当年的无私捐助，晓牧克服重重困难，考入了名校的中文系。毕业后，她成为了一家杂志社的编辑。然而，此时的康凯因意外变故入狱，为了不拖累晓牧，他试图与她断绝联系。
在情感失落的时刻，杂志社总裁丛原在事业和精神上给予了晓牧强大的支持。尽管如此，晓牧依然不能忘怀康凯。成熟而大度的丛原，最终用炽烈的感情融化了晓牧内心的情感。康凯出狱后，晓牧向丛原坦白了自己的感情，而康凯为了成全晓牧和丛原的关系，选择躲避到美国纽约。
多年后，康凯在美国事业有成，得知晓牧依然与丛原保持着朋友和事业伙伴的关系，而独自等待他的归来。康凯决定将所有资产捐献给一个帮助贫困学生的基金，并回到上海。此时，晓牧也放弃了成功的传媒事业，用积蓄盘下了康凯当年因经济困境不得不放弃的那个小餐馆。重逢后，康凯和晓牧共同挑起了平淡而朴实的生活，彼此相依相伴，共度余生。
《相思树》是著名导演孙周阔别电视剧行业23年后再次执导的29集电视连续剧。该剧由吴秀波，浦蒲，孙淳主演，于2008年1月在央视一套黄金时间播出。
