La trama de la película gira en torno a un artista de la música pop llamado Gary Shaller (Martin Freeman, Love Actually, Ali G anda suelto). Él no está pasando por una buena situación, pues, además de faltarle el trabajo, la relación sentimental que mantiene con su novia de siempre, Dora (Gwyneth Paltrow, Contagio, Amor y otros desastres, Algo que contar) está totalmente estancada. A raíz de esto, el protagonista sufre una crisis emocional de la que no podrá salir sin ayuda.
Gary sueña con otra vida e idealiza a una mujer que está personificada en Anna (Penélope Cruz, Vicky Cristina Barcelona, Volver, Sin noticias de Dios). Para superar todo este desequilibrio, el protagonista cuenta con la gran ayuda de su psiquiatra, Mel (Danny DeVito, La guerra de los Rose, Pulp Fiction, Erin Brockovich, Big Fish,) y de su mejor amigo, Paul (Simon Pegg, Misión: Imposible. Protocolo fantasma, Las Crónicas de Narnia: La travesía del viajero del Alba)
La chica de mis sueños está dirigida por Jake Paltrow. De él destacan otros trabajos como director en la serie Policías en Nueva York o como actor en Greenberg.
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