Wanneer de moeder van theateractrice Nora (Renate Reinsve) en Agnes (Inga Ibsdotter Lilleaas) overlijdt, komen de zussen opnieuw in contact met hun vervreemde vader Gustav (Stellan Skarsgård), een gevierd filmregisseur. Hij vraagt Nora de hoofdrol te spelen in zijn nieuwe film, maar zij weigert. Terwijl Gustav de voorbereidingen van zijn nieuwe film voortzet met Hollywood-actrice Rachel Kemp (Elle Fanning), worden oude spanningen en onverwerkte emoties weer voelbaar. Sentimental Value is een intiem familiedrama over de blijvende invloed van het verleden op familierelaties en het onvermogen om gevoelens te communiceren tussen een vader en zijn kinderen.