Ein Juwelendieb treibt an der französischen Riviera sein Unwesen. John Robie, vor dem Zweiten Weltkrieg berüchtigter Juwelendieb (bekannt als die Katze) und während des Krieges Held der Résistance, wird verdächtigt, da seine alte Methode vom neuen Dieb kopiert wird. Als er von der Polizei vernommen werden soll, taucht er unter. Um seine Unschuld zu beweisen, macht er sich selbst auf die Suche nach dem Gauner. Seine ehemaligen Partner, die allesamt inzwischen einem ehrbaren Beruf im Restaurant Bertani nachgehen, sind verärgert, da sie ihn für den Dieb halten und sich die französische Polizei daher wieder für sie interessiert. Dennoch helfen ihm Bertani und Danielle Foussard der Polizei zu entwischen. Die junge Danielle ist in Robie verliebt und schlägt ihm vor, mit ihr nach Südamerika zu fliehen.

Der Film spielt in Paris an einem Mittwoch zwischen ungefähr 5 und 7 Uhr nachmittags. Cléo (Corinne Marchand), eine junge Chansonsängerin, wartet besorgt auf die Diagnose ihres Arztes. Sie glaubt, an Krebs erkrankt zu sein. Der Film beginnt mit ihrem Besuch bei einer Wahrsagerin (Loye Payen), welche ihr ein böses Schicksal voraussagt. Nach dem Besuch bei der Wahrsagerin trifft sie sich mit ihrer Vertrauten und Beraterin Angèle (Dominique Davray) auf einen Kaffee. Diese versucht ihre Sorgen zu zerstreuen. Angèle begleitet sie dann in ein Hutgeschäft, wo sich Cléo aus einer Laune heraus einen Hut kauft.