患有先天复杂性心脏病的以薰(陈怡蓉 饰)从小就跟体育绝缘，每逢体育课她都被老师安排在一旁休息。看着同学们在操场上蹦蹦跳跳，以薰心里倍感孤独。幸有同班同学晴川（许绍洋 饰）经常陪在以薰身边，她才聊以解慰。转眼间，晴川一家要移民美国了，出国前晴川带着以薰来到了他的秘密基地——一个种满薰衣草的废气花坊，晴川交给以薰一个装满薰衣草的瓶子，相约在以薰20岁生日那天两人回到小学校门前重逢。 时光飞逝，长大后的以薰在一家花房工作，同事兼好友小童（王建龙 饰）一直暗恋着她，只是以薰一直在守候童年的爱情。以薰20岁的生日快到了，这天她从电视上认出了国外归来的偶像LEO就是她等候多年的晴川！这时LEO正在举办一个名为“寻找薰衣草恋人”的个唱，脸红心跳的以薰又惊又怕，惊喜的是自己终于见到了初恋情人，害怕的是不知晴川找的薰衣草恋人是否就是自己。这晚在LEO的演唱会上，以薰鼓足勇气和小童一起前往找寻童年的恋人。
1944年，刚毕业的陈香梅进入中央通讯社工作，作为战地记者她的第一个任务就是采访驻扎在昆明的“飞虎将军”陈纳德。陈纳德在二战中享誉世界，组建“中国空军美国志愿援华航空队”，即“飞虎队”。故事在一例行记者会上开始了，年仅19岁的陈香梅怀着忐忑和好奇走近了这位传奇人物，从相识到相知再到惺惺相惜，战地里的爱情之花慢慢绽放开来…… 《一千个春天》在演绎“双陈恋爱”的同时，也复活了飞虎队战士群像，讲诉中美两国军民携手抗日的故事。
该剧由两个女主角：生长在台湾本土中医世家的李念念，工作上面临瓶颈，爱情也出现了问题，为了改变现状，她决定去美国追寻自己的未婚夫；生长在旧金山的电脑工程师Jo,她有一个已经谈婚论嫁的男友，看起来生活一帆风顺，却产生了逃离目前生活的念头，决定回到陌生的台北，寻找父亲记忆里的故乡。两个女孩在台北巧遇，一个微醺的夜晚，两个人决定交换住所三个月，各自开启一段不同的生活。 两个女孩选择离开生长的地方，到一个陌生的城市，一个追爱，一个逃爱，各自上演不同版本的双城故事。从台北来到旧金山的李念念，从小生活在父母的羽翼下，到了旧金山却要一个人重新开始。自己找工作、克服生活上的柴米油盐，她和未婚夫的感情最终还是没能挽回，但认识了一群患难与共的朋友：个性古怪、声称曾在好莱坞发展过的房东汤马森太太、从北京来的中医钱教授、快言快语的华人女租客 Wendy 及新的浪漫对象—知名亚裔主厨Ryan。
