성공한 사업가인 도미니코는 바람둥이이다. 공습을 피하느라 들어간 매춘굴 벽장에서 만난 필루메나라는 열일곱 살 난 소녀와 관계를 가지게 된 그는 20년간이나 관계를 유지한다. 도미니코는 필루메나를 위해 아파트를 마련해주고 그녀는 도미니코의 사업 관계자들과 정사를 해줌으로써 그의 사업을 돕기도 한다. 필루메나는 세 명의 아이를 가지게 되는 데, 그 중의 한명은 도미니코의 아이이지만 이 사실을 숨기고 유모를 고용하여 아이들을 기른다. 그러나 도미니코가 젊은 여공과 결혼을 하려 하자 필루메나는 죽을 것 같다며 그를 속인다. 결혼을 취소한 그에게 필루메나는 아이가 있음을 알리지만 누가 그의 아이인지 가르쳐 주지 않는다.
반신반의하며 자식의 정을 못 잊어 집요하게 밝혀내려 애를 쓰는 도미니코와 감추는 필루미나 , 이미 필루미나는 오래전부터 도미니코를 진실로 사랑했었고 도미니코의 자식뿐만 아니라 남은 두 명의 자식도 자신에게는 똑 같은 분신이었으므로 도미니코가 자신의 자식만을 밝혀 입양하는 순간 오랜 시간 자신이 지켜왔던 모든 사랑이 다 허물어져 버리는 것이었다.
전후세대 이탈리아 최고의 배우이며, 영화 역사상 가장 대중적이며 국제적인 스타 중의 한 명이다. 미켈란젤로 안토니오니와 페데리코 펠리니 감독의 난해한 영화에서 성찰적인 인물로 주로 등장하였다. 초기에는 루치오 비스콘티 감독의 영화와 마리오 모니첼리 감독의 영화에 출현하였으나 많은 주목을 받지는 못하였다.
1960년 페데리코 펠리니 감독의 대작 [달콤한 인생/La Dolce Vita]에 출연하면서 세계적으로 유명하게 되었는데, 이 영화는 전 세계를 강타했고 마스트로얀니는 스타가 되었다. 그의 다음 출연작은 안토니오니 감독의 [라 노테]였는데 이 영화도 좋은 반응을 얻었고, 이후 출연한 삐에트로 게르미 감독의 블랙 코미디 [디보치오 알'이탈리아나]가 또한 세계적으로 성공하여 마스트로얀니는 브리티시 아카데미 외국 배우상을 수상했다. 1963년 페데리코 펠리니 감독 자전적 영화인 [8 1/2]에 영화감독 귀도로 출연하여, 영감이 고갈된 영화감독이 그의 기억과 판타지로 퇴각하여 고뇌하는 모습을 훌륭하게 연기해 냈다.