Рассказ развёртывается вокруг Алексея Ивановича Вельчанинова — светского человека, томимого ипохондрией, скукой и нарастающим чувством вины. Его обычная жизнь в Петербурге нарушена не только судебной тяжбой по имению, но и внутренним раздвоением: днём он великосветски самоуверен, ночью — под влиянием бессонницы — поддаётся мучительным воспоминаниям и раскаянию. Эти перемены образуют фон для основной цепи событий.

Случайная уличная встреча с «господином с крепом на шляпе» приводит к знакомству с Павлом Павловичем Трусоцким — тихим, смиренным, прежним «вечным мужем», а теперь вдовцом. От Павла Павловича Вельчанинов узнаёт о смерти Натальи Васильевны — женщины, с которой некогда состоял в страстной связи в провинции, и вдруг открывается факт: у Натальи есть дочь Лиза, родившаяся вскоре после его отъезда. Новая связь между героями строится на смеси старых страстей, упрёков и жалости: Вельчанинов признаёт вину, пытается искупить её заботой о ребёнке и берёт Лизу к друзьям — Погорельцевым, надеясь «спасти» её от нищеты и отца.

Однако судьба оказывается беспощадной: девочка заболевает, её состояние ухудшается, несмотря на усилия Вельчанинова и Клавдии Погорельцевой; Лиза умирает. Смерть ребёнка накладывает на Вельчанинова тяжкое чувство вины и приводит к внутреннему разладу: он винит и себя, и Павла Павловича, и весь мир. Между тем поведение Трусоцкого колеблется — от пьяной развязности до мрачного романтизма; в одной из ночей между ними происходит жестокая схватка: Павел Павлович пытается взять бритву, Вельчанинов отбивается, ранит руку и связывает его, но затем отпускает. Этот эпизод — кульминация противоречивых чувств: обвинения, любовь, жалость и самозащита тесно переплетаются.

После похорон Лизы оба мужчины переживают глубокие перемены: Вельчанинов почти впадает в безумие, затем постепенно приходит в себя; Павел Павлович уезжает, позже посылает деньги и объяснения. Прошло два года: Вельчанинов улаживает судебное дело, обретает спокойствие и финансовую устойчивость, но внутренний шрам от утраты остаётся. В эпилоге на железнодорожной станции встреча с Павлом и его отчаянная мольба о примирении пробуждают в Вельчанинове прежние чувства; он не едет в уединённую дачу, и потом глубоко сожалеет о непринятом шаге.

Текст исследует темы памяти, самообмана, нравственной ответственности и социальной лицемерии; психологическая тонкость, последовательность бытовых эпизодов и меткая ирония составляют его художественную силу. В центре — не столько действие, сколько тонкая драматургия совести и последствий прошлых поступков.