Cléo, belle et chanteuse, attend les résultats d'une analyse médicale. De la superstition à la peur, de la rue de Rivoli au Café de Dôme, de la coquetterie à l'angoisse, de chez elle au Parc Montsouris, Cléo fait des rencontres qui lui ouvrent les yeux sur le monde.

«Cléo de 5 à 7, c'est un portrait de femme inscrit dans un documentaire sur Paris, mais c'est aussi un documentaire sur une femme et l'esquisse d'un portrait de Paris. De la superstition à la peur, de la rue de Rivoli au café du Dôme, de la coquetterie à l'angoisse, de Vavin à la gare du Maine, de l'apparence à la nudité, du Parc Montsouris à la Salpêtrière, Cléo découvre, un peu avant de mourir, la couleur étrange du premier jour de l'été, où la vie devient possible.»