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1953年，坐落在美国马萨诸塞州、被誉为“没有男子的常青藤”的卫斯理女子学院，新来了位艺术史老师，名叫凯瑟琳·沃森（朱莉娅·罗伯茨饰），她是个美丽成熟的女人，刚刚从UCLA（美国加州大学洛杉矶分校）大学毕业，在大学里接受了自由改革思想，立志要成为一名杰出的教授。
50年代的美国虽然女性的地位渐渐受到重视，但在上层社会封建思想仍旧非常严重。在卫斯理这所著名的女子大学，学生们大都有着良好的家庭背景，从小接受过优秀的教育。但学院对学生的教育不是教他们如何获得自己感兴趣的学科知识，也不重视心理教育，而是把学生的成功与否定义为今后的婚姻，她们学习的目的无非是嫁一个好丈夫。以贝蒂（克尔斯滕·邓斯特饰）、琼（朱莉娅·斯泰尔斯饰）和莉薇（玛吉·吉伦哈尔饰）为代表的几个非常好动的女孩子，喜欢在班上卖弄风情，甚至用各种办法在课堂上向老师发起挑战。凯瑟琳没有像其他老师那样沿袭学校一贯的教学做法和风格，她不仅挑战学校的一些做法、规矩，而且鼓励学生发掘自己的兴趣，并且大胆去实践她们的想法。
最终她以青春率直的作风，丰富的艺术史知识以及风趣热情的授课风格，赢得了学生们的尊敬和爱戴，被女学生称为“蒙娜丽莎”。
朱莉娅·罗伯茨饰凯瑟琳
克尔斯滕·邓斯特饰贝蒂
朱丽娅·斯蒂尔斯饰琼
玛吉·吉伦哈尔饰莉薇
金妮弗·古德温饰康尼
多米尼克·威斯特饰比尔
制作人伊莲恩·戈德史密斯-托马斯、乔·罗斯、黛博拉·辛德勒
导演迈克·内威尔
编剧劳伦斯·科纳、马克·罗森塔尔
凯塞琳——丁建华
贝帝——曾丹
利薇——狄菲菲
康妮——黄莺
凯塞琳前男友——王肖兵
比尔老师——刘风
乔恩（琼）——钱悦
琼的男友汤米——翟巍
康妮男友——吴磊
斯宾塞——桂楠
院长——王建新
教务长——乔榛
礼仪老师——俞红
凯瑟琳
演员朱莉娅·罗伯茨
一名刚刚从加州柏克莱大学毕业的艺术史老师，端庄却又不失活泼，在大学里接受了自由改革思想，立志要成为一名杰出的教授。最终她以青春率直的作风，丰富的艺术史知识以及风趣热情的授课风格，赢得了学生们的尊敬和爱戴。
琼
演员朱丽娅·斯蒂尔斯
凯瑟琳的学生之一，她热情地对待生活和爰情，在凯瑟琳的启发下意识到自己的人生价值，是凯瑟琳在学生中最早的同盟军之一。
贝蒂
演员克尔斯滕·邓斯特
凯瑟琳的学生，和凯瑟琳一样，她是一个意志坚定的女性，但她对人生的看法却和凯瑟琳完全不同。在她看来，女人最重要的事就是结婚生子，至于学习和事业都是不太需要考虑的事情。从一开始和凯瑟琳之间就矛盾重重。贝蒂为了自己的婚礼误了好几节课，遭到凯瑟琳的批评，她是片中保守势力的代表，也是凯瑟琳面对的一大难题。
莉薇
演员玛吉·吉伦哈尔
一个非常早熟的女孩，凯瑟琳的学生。在十几岁就已经风流性感的女孩决心跳过青春期，直接进入“21岁俱乐部”，是各位角色的调剂器，娱乐大伙。
南茜
演员马西娅·盖伊·哈登
凯瑟琳在卫斯理女子学院的同事，但两人的观点极不一致，她的观点陈规陋习，喜欢遵循原有的“游戏规则”。
《蒙娜丽莎的微笑》善于用情节来做暗示，做对比，降低了观众对影片理解的难度。而片中两派在影片结尾处出现了完全不同的结果：反对派被老师感化地坚决走自己的道路。而中间派反而退回到“结婚生子”路线，这种角色安排和对比是许多影片中比较常见的手法。《蒙娜丽莎的微笑》反映了新生事物向旧传统挑战的主题。可是影片在开始阶段为了展示1953年的时代特征。从布景到道具，从墙纸到头饰，从婚礼到舞会，从《我爱露西》的电视剧到骆驼香烟的广告，这些都透露着一股浓浓的怀旧气氛，也使得影片的外在形式与所表现的主题并不符合。（网易娱乐评）
《蒙娜丽莎的微笑》既不属于现在，又属于现在。看这部影片会发现很多生活中既陌生又熟悉的东西。永不妥协，个性自由原来是电影，也是人类一个共同的主题。（《北京晚报》评）
《蒙娜丽莎的微笑》总结起来只有两个字——韵味。这韵味来自片中还原到位的20世纪50年代女子学院的风情，来自每一个精致的画面，也来自于贯穿片中的原声歌曲和配乐。片中贯穿的歌都是特别精选的来自20世纪50年代的“流行歌曲”，在全球都被奉为经典，不但具有跨越时空和语言障碍的魔力，而且更会独获中国听众的青睐。在片中这些插曲优美动听，与画面丝丝入扣之外，其演绎更是暗藏玄机。（《北京青年报》评）
讲座的场面是在哥伦比亚大学拍摄的。其具有50年历史的讲堂曾用于多部影片的拍摄。
为了给角色做准备，朱莉娅·罗伯兹专门去纽约大学听艺术史的课。所有的主演在开拍2周前都接受了短期培训。
游泳池边的镜头里，背景中的女孩们来自Wheaton学院花样游泳队。
跳舞那场戏中，唱《伊斯坦布尔》的合唱团是哈佛大学的DinandTonics合唱团。
《蒙娜丽莎的微笑》发生的环境是上世纪50年代的卫斯理女子学院，剧组为了还原真实的校园生活，特地前往原地拍摄。这所女子学院坐落在波士顿以北10英里的地方，摄制组在2002年秋天的时候，驻进了这里开始了拍摄。当时的气候刚好接近深秋，女子学院校园里的枫叶飘浮在爽朗的天空，落在校园的小路上，洋溢着古典的浪漫气息，非常适合影片要营造的情感氛围。
影片中1950年的女子穿着打扮显然和2000年的现代有很大不同，1950年的卫斯理女子学院里的学生都要求束胸，即是用柔软的胶制白布围住胸部，隐藏女性美丽的曲线，为此服装设计师要求饰演女学生的几十位演员们每天都要佩带束胸带。