南宋时期的南安太守杜宝只生一女，取名丽娘，年十六岁，尚未许配。杜宝为了使女儿成为识书达理的女中楷模，为她请了位年已六十的老秀才陈最良。伴读的使女春香，偶而发现了杜府后的花园，并引领丽娘偷偷游了花园。久困闺房的丽娘，在大好春光的感召下，动了访春之情。丽娘回屋后，忽作一梦。梦见一书生手拿柳枝要她题诗，后被那书生抱到牡丹亭畔，共成云雨之欢。丽娘醒来后，恹恹思睡，第二天又去花园，寻找梦境。失望之下相思成病，形容日渐消瘦下去。一日照镜子，见自己一下瘦成那个样子，忙叫春香拿来丹青、素绢，自画春容，并题诗一首于上。她又把梦镜说与春香，并让春香把那画叫裱画匠裱好。杜宝夫妇听说女儿病重，忙叫陈最良用药，让石道姑来念经，但都不见效。
中秋之夜，丽娘天逝。死前，嘱咐春香把春容装在紫檀木匣里，藏于花园太湖山石下，又嘱母亲把她葬在花园牡丹亭边的梅树之下。这时，投降了金国的贼王李全，领兵围淮、扬，朝廷升杜宝为淮、杨安抚使，立即动身。杜宝只得匆匆埋葬了女儿，并造了一座梅花庵供奉丽娘神位，又嘱托石道姑和陈最良照料。杜宝即带夫人和春香前往淮安，因军事危急，半路上杜宝让夫人和春香乘船回了临安。
广州府秀才柳梦梅，原柳春卿，因一天梦见一花园中，有一女立在梅树下，说她与他有姻缘，才改名柳梦梅。柳梦梅去临安考试，路得进宝臣苗舜宾援助。走到南安时，柳病宿梅花庵。柳病渐好时，偶游花园，恰在太湖石边，拾到丽娘的春容匣子，回到书房，把那春容挂在床头前，夜夜烧香拜祝。丽娘在阴间里一呆三年，阎王发付鬼魂时，查得丽娘阳寿未尽，令其自己回家。丽娘鬼魂游到梅花庵里，恰遇柳生正在对着自己的真容拜求。丽娘大受感动，与柳生欢会，自称是西邻之女。他们两人的夜夜说笑声，惊动了石道姑。一天夜里两人正说笑，被突然来的石道姑冲散。第二天夜里，丽娘只好得向柳生说出真情，并求柳生三天之间挖坟开棺。柳生只好把实情告诉了石道姑，并求她帮助。第二天，他们挖坟开棺，使丽娘还魂。道姑怕柳生与杜丽娘事情被发觉，当夜雇船，三人一道去了临安。
陈最良发现丽娘坟被盗，忙去扬州告诉杜安抚。陈最良还没到淮安就被叛军俘获，李全听说陈最良是杜家的家塾老师，又得知杜宝还有夫人和春香，就听从妻子的计策，谎说已杀了杜夫人和春香，然后放了陈最良。陈到淮安见了杜宝，即把小姐坟被盗，老夫人、春香被杀的事禀知杜宝，杜宝听后大恸。后杜宝忍痛修书两封，让陈最良送给李全和李的妻子，封官许钱、招降了李全，淮安围解。
丽娘他们到临安，在钱塘江边住下，等柳生知道考试时，考试时间已过，多亏主考官是苗舜宾，才得以补考。这时，因淮、扬兵事，朝廷延期放榜。丽娘让柳生先去扬州看望她父母。柳生走后不久，来临安的老夫人和春香因天晚找宿处恰与丽娘、石道姑相遇。柳生到了扬州，听说杜在淮安，又去淮安见杜宝。杜宝以为女儿已死，何以有女婿，并以柳生假冒罪名，令人拿下押往临安侯审。杜宝回到临安，因军功升为宰相，陈最良升为黄门奏事官。这时，榜下，柳中了状元，可到处找柳不着。原来柳正被杜宝吊打，因为在柳身上搜出了丽娘的春容，在杜宝认为柳是盗墓贼。这时，苗舜宾听说后，赶到杜府，救下了柳生。苗告诉杜宝，柳生已考中状元。杜正气恼时，陈最良来到，说小姐确实又活了，柳生就是女婿。杜认为是鬼妖之事，请奏皇上，灭除此事。
陈把此事告诉皇上，皇上要宰相、小姐、柳生、老夫人都前来对证。金銮殿里，众人齐到，皇上用镜子照，看有无影子、断定丽娘确实是活人。杜宝硬说丽娘、老夫人都是鬼魂所变的，后经皇上裁决让他们父女、夫妻相认。丽娘又劝柳生拜认了岳父杜宝，全家人大团圆。