شب یلدا روایتگر زندگی «حامد» است که علی‌رغم علاقۀ بسیار به همسرش «مهناز» و دخترش «نازی» آنها را پس از ده سال زندگی مشترک به خارج کشور می‌فرستد. بهانۀ مهناز برای سفر آزادی بیشتر است، اما پس از خروج از کشور، رفتارهای مشکوکی از او سر می‌زند. دوستان حامد در خارج به او اطلاع می‌دهند که مهناز با فردی به نام آقای «شریف» (از دوستان قدیمی حامد) در ارتباط است. حامد که از نظر روحی بسیار حساس شده است به همسرش بدگمان می‌شود و خود را در خانه حبس می‌کند. در این مدت، او، به طور اتفاقی و به صورت تلفنی، با زنی مطلقه به نام «پریا فردوسی» آشنا می‌شود و به توصیۀ پریا به مرور گذشته‌اش می‌پردازد. او به تدریج درمی‌یابد که مهناز او را دوست نداشته و بدون عشق با او زندگی کرده است. مهناز پس از مدتی، تلفنی به حامد اطلاع می‌دهد که برای گرفتن اقامت، باید از حامد طلاق بگیرد و به عقد شریف دربیاید. حامد یک سال را در وضعیت سردرگمی و افسردگی می‌گذراند. در انتهای فیلم، پریا به دیدار حامد می‌آید.
فیلم شب یلدا یادآور این است که در پس تاریک‌ترین و طولانی‌ترین شب‌ها هم روزی است پرنور و پرامید.