A ação decorre em 1880, uma época efervescente no Brasil, com o processo de libertação dos escravos e a lei de eleição direta que abre as portas à implantação da República. Estamos no fim do Império.

O capitão Gervásio Campelo (Castro Gonzaga) é um rico senhor de engenho, homem bom mas muito severo. É dono da Fazenda das Paineiras, onde vive com a sua mulher Ermelinda (Ana Lúcia Torre) e os seus três filhos: Flô (Bete Mendes), Chiquinha (Thaís de Andrade) e Brás (Ricardo Garcia).

Campelo e Ermelinda adotaram Flô, que a todo o custo vai tentar descobrir o segredo que envolve a sua origem. Para atingir o seu propósito, Flô conta com dois importantes aliados: Chiquinha, a única filha legítima do casal Campelo, e o vaqueiro Arnaldo (Eduardo Tornaghi), por quem se apaixona.

Flô, assim como toda a sua família, apoia ativamente o movimento abolicionista. No lado oposto, está Fragoso (Ary Coslov), que é radicalmente contra a libertação dos escravos e nutre por Flô um amor doentio.

Mesmo enfrentando vários obstáculos, Flô acaba por descobrir o que tanto ansiava: o seu nascimento resultou de um romance extra-conjugal de Campelo, que terminou em tragédia quando a sua mãe foi morta pelo marido, depois deste descobrir a traição. Mesmo conhecendo esta realidade, Ermelinda acedeu em adotar Flô.

Flô pode, finalmente, viver o seu amor com Arnaldo, enquanto Chiquinha, depois de um conturbado romance com Murilo (Danton Jardim), um ladrão de cavalos, e de um noivado indesejado, encontra a felicidade ao lado de Agrela (Élcio Romar), capataz da fazenda. Fragoso, por seu lado, tem o final merecido, pagando com a prisão por todos os crimes que cometeu.

Com estreia no dia 23/06/1980, Sinhazinha Flô começou por ser exibida de segunda a sexta, na RTP 2, pelas 21 horas. A partir de 09/08, começou a ser transmitida também aos sábados, passando a ser exibidos dois capítulos por dia. O último capítulo foi ao ar no dia 29/08.

A novela resulta da adaptação conjunta de três obras de José de Alencar: A Viuvinha (1860), Til (1872) e O Sertanejo (1875).

Motivadas pela exibição da novela, algumas editoras publicaram estas obras no nosso país.

Sinhazinha Flô foi a primeira telenovela exibida integralmente a cores na televisão portuguesa.

Próximo ao final, a revista Plateia publicou uma edição especial sobre a novela.

Conforme se verifica na capa desta revista, a novela que sucedeu a Sinhazinha Flô foi exibida na RTP 1. Tratava-se de Dona Xepa, a novela que a antecedera no Brasil.