南宋时期，西蜀郡人杜宝，原是唐朝诗人杜甫的后代。他二十岁就科考中举，过了几十年的官宦生涯，现任江西南安府太守，一生端直刚正，颇有清廉的美名。如今他年过半百，膝下只有一个女儿，唤作丽娘。丽娘已年过二八，容貌秀美，风华绝代，杜宝与夫人爱如珍宝。
杜丽娘自幼受父母教导，不轻意下绣楼半步，终日躲在闺房里做织指女工，也略读四书五经。而杜宝一生以无子为憾，决心把女儿培养成大家闺秀，明礼知德，将来嫁到别人家，自己脸上也光彩些。一天，杜宝与夫人商量为女儿请个教书先生，好让丽娘多读些诗书，更加知书达礼，为日后的终身大事做个准备。夫人甄氏很同意老爷这个建议，两人最终选定了一个老儒生名叫陈最良的，来家里为丽娘教书授课。
这陈最良是个老秀才，十二岁就进学补作廪生，可惜又考了四五十年，也没能中个举人，生活不免穷困潦倒，衣食无着。年轻人爱开玩笑，叫他“陈绝粮”。而杜宝夫妇看重他老成持重，所以请他到府上教书。陈最良接到这个差事很高兴，不管怎么说，这回生活总算有了着落。
陈最良来到杜宝家里，丽娘见过先生，彼此行过师生之礼。只见这小姐正值青春妙龄，一派青春风貌，文静中带几分活泼，端庄中见几分俏丽。陈最良知道这老师也不是好当的，对女孩子打不得，骂不得，轻不行，重也不行，他心里盘算着如何谨慎行事，不能轻意丢了饭碗。丽娘身边有个贴身丫环名唤春香，是个活蹦乱跳的小姑娘，老爷与夫人让她陪小姐一起读书，她心里一百个不痛快。今天见这先生一脸迂腐学究的派头，她更是嗤之以鼻，没放在眼里。
第二天，陈最良开始上课，可他等到日上三竿，还不见小姐的影子，心里不免有些着急。等书僮把小姐和春香叫来，他便摆起先生的架子，教训起来：“作为女子，鸡叫时就该起床，梳洗打扮，打扫庭院，然后向父母问安。等日出之后，就该各司其事，哪有睡到这么晚的道理？“听了先生的训诫，丽娘认错，而春香把头一歪，不以为然。陈最良又叫春香去拿笔、墨、纸、砚，春香磨蹭了好长时间，才慢吞吞地把东西拿来。陈最良一看，觉得不对劲，丽娘”扑哧“一声笑了。原来春香故意跟这先生作对，她拿的是画眉的笔，描眉的黛，薛涛造的书信纸和鸳鸯戏水砚。陈最良的鼻子差点气歪了，又把春香训了一顿。
正式上课时，陈最良翻开诗经，讲了一篇《关睢》：“关关睢鸠，在河之洲，窈窕淑女，君子好逑……“这不是讲女子贤德的诗，而是一首爱情诗，陈最良当然知道，他只想糊弄一下，随便混过去，不敢详细讲解，怕引起小姐思春。于是他讲道：“关关，是鸟叫的声音，睢鸠，是鸟的名字。这种鸟生性喜欢幽静，常栖息在河中的小洲上……“他声调托得很长，春香听他啰唆半天，不耐烦了，便问道：“那窈窕淑女，君子好逑是什么意思？“陈最良本不想讲这一句，听她问，只好含糊地说：“就是美丽善良的女子，有君子去求她。“其实本意是：美丽优雅的女子，是君子的好配偶。他以为小丫头什么都不懂，随便糊弄一句就可以了。可春香不依不饶，又问：“君子为什么要去求她？“陈最良躲躲闪闪，无法回答，便又对春香发起火来。丽娘在一旁看在眼里，只得来解围，说：“先生只讲大意就可以了，其余的我可以自己理解。“她不想第一天上课，书堂里就这样吵闹不休。
陈最良好不容易把这一节书讲完，又让小姐写字。春香早就不耐烦了，她趁先生不注意，就偷偷溜出去。丽娘写了半天字，一抬头不见了春香，陈最良一直在旁边看小姐写字，也没注意。一会儿，春香跑进来，欣喜地对丽娘说：“小姐，那边有个花园，好漂亮呀！“陈最良见春香跑出去玩了，又要责罚她，丽娘又免不了替她求情，一堂课就这样乱糟糟地过去了。
回到绣楼，丽娘问春香：那花园是什么样子？春香明白小姐的心思，便极力说花园如何漂亮，如何风景怡人。丽娘听了，心里有些伤感，想自己都这么大了，连家里有个花园都不知道，父母也从来没提起过，自己终日关在这闺房里，就像一只笼里的小鸟，望着天空，空有飞出去的冲动和欲望。丽娘又想起刚才的那首《关睢》，虽然先生没有讲透，但她早已理解了其中的意思。“窈窕淑女，君子好逑”，自己也算得上是个窈窕淑女了，可却没有君子来求，连那关睢鸟儿都能到河中的小洲上戏耍，而自己却出不得这闺房半步。她越想越恼，没情绪地倒在床上。春香见小姐一脸愁容，便引逗她去花园散心。丽娘听了有些心动，但又怕被父亲知道了责骂，春香则给她鼓气，说老爷到乡下劝农去了，根本不会知道。她这才让春香背着母亲去安排游园的事情。
两天后，丽娘带着春香来到花园。她没想到花园竟然有那么大，风景那么美。东风吹面，杨柳拂地，香草花树掩映着亭台楼阁，粼粼湖水飘荡着烟波画舫，兼有成双成对的莺儿燕儿在树上婉转啼鸣。丽娘从未见过这么明媚的春光，她不禁有些陶醉了。可又看到园里那倒坍的院墙，失修的废井，丽娘的伤春情绪又涌上心头。可叹这良辰美景却付与那断壁残垣，大好的春光无人赏它，它空自年年开遍这姹紫嫣红，世人把春光看得也太轻贱了！丽娘伤春，又想到自己，韶光自是难留，青春也是易逝，自己这般美貌无人问津，不也是早晚要付与那流水般的岁月吗？她越想越悲，竟怔怔地流下泪来，好像瞬间花儿也谢了，鸟儿也飞了。而春香正在一旁玩得高兴，她一会儿追蝴蝶，一会儿捉蛐蛐，来回跑得忘乎所以。忽然一转身，见小姐在那里发愣，她便上来打趣。丽娘也不理她，仍是站在原地呆想。春香怕被老夫人撞见，就跑出去察看动静。花园里只剩下丽娘一个人，她又想：自古窈窕淑女，都得遇谦谦君子，那么多才子佳人都共成风流佳话。而自己年过二八，却没有个如意郎君，纵有这如花美貌，却是命比纸薄。丽娘一边想一边垂泪，整个人都陷在伤春、怀春的情绪中，一时觉得昏沉困倦，便倒在一块石头上睡着了。
恍惚间，一个风流俊雅的书生从花径深处走出来，手里拿着半枝垂柳，笑着对丽娘说：“姐姐，我到处找你，原来你在这里。“丽娘见了他，又惊又喜，但又觉得不认识他，便满面含羞，没有答话。书生又说：“我刚才在花园里折了这枝柳条，姐姐你精通诗书，何不作首诗来赞它？“丽娘心里喜欢这书生，可还是笑而不答。而书生又靠前一步，轻轻把她抱起，绕过栏杆，转过花径，来到牡丹亭外的太湖石畔。然后他把丽娘放在一片草地上，进而给她宽衣解带，共行云雨之欢。丽娘以前从来没有接近过男子，书生这样亲近她，她本想推开，可是手脚却好像没有一点力气，只得任书生搂抱，她心里既惊慌又有些喜悦。两人缠绵过后，书生又把丽娘抱到原来的地方，说：“姐姐，你好好休息吧，我要走了，日后再来看你。“说完，转身就走。丽娘见书生要走，心里不舍，连忙喊道：“秀才别走，别走……“这时，耳边有人叫“孩儿醒来”，丽娘睁开眼，见母亲站在身旁，她慌忙站起来向母亲行礼。杜夫人见女儿大白天睡在花园里，很是不快，便轻声责备了几句。丽娘只好认错，然后心神不定地回到绣房，而她心里面一直在想刚才那个梦，想梦里面那个书生。
杜丽娘自游园归来，便精神恍惚，书堂也不去了，女工也不做了，终日躺在床上昏睡，她是在想念梦里相会的书生，最后竟相思成疾，一病不起了。杜宝从乡下劝农回来，见女儿成了这个样子，非常生气，责备了夫人，打骂了春香，怪她们不该让丽娘好好地去游什么花园。可生气归生气，还得给女儿治病，杜宝叫来陈最良给丽娘把脉。而陈最良因小姐一连几天没来上课，正闲居在杜家书堂。他祖上是行医的，所以他也略懂点医术，这时听老爷叫他，他就急忙赶来。陈最良不是专职大夫，自然看不出小姐得了什么病，他又向杜宝推荐了一个石道姑来给小姐作法。但这样请医问卜，丽娘的病却是一日重似一日，丝毫不见起色。杜宝夫妇急得没有办法，又几次请来别的大夫，仍是没有效果。眼看着丽娘日渐消瘦，最后竟滴水不进，瘦成一把骨头了。
杜丽娘辗转病榻几个月，终日昏昏沉沉，有时还不省人事。这天，她却突然清醒过来，趁春香不注意，就偷偷溜出去，又来到后花园，她是想寻找那个梦境，希望那个书生真的能出现在她面前。可是牡丹亭虽在，花园里已是一片颓寂，丽娘找不到书生的影子，最后来到一棵大梅树下。她望着那枝繁叶茂的梅树，心想：若死后能葬在这里，也就没什么遗憾了。丽娘正抱着那棵梅树流泪，春香跑过来，嘴里说着小姐不该再来这里之类的话，就把丽娘扶回房里了。
丽娘回到房中，揽镜自照，只见那花容月貌已经憔悴不堪，她不禁又落下泪来。想到自己如果就这样死了，岂不是没人知道西蜀杜丽娘也曾这般美貌过？丽娘感伤着，又想出一个主意，就让春香拿丹青画笔来，她自己对镜自画了一幅肖像。丽娘又想起那梦中的书生曾拿了一枝柳条让她吟诗，她猜想自己的梦中人可能姓柳，就提笔在画像旁边题了一首诗：“近覩分明似俨然，远观自在若飞仙。他年得傍蟾宫客，不在梅边在柳边。“
诗题完后，丽娘觉得自己的精神和力气都没有了，她又歪倒在床上。春香见她劳神了半天，也让她赶快歇着。而丽娘又拉住春香的手，有些依依不舍，并跟她诉说了那个梦。春香这才明白小姐为什么会病成这个样子，她虽然知道小姐有心事，但却没想到是因梦而起。春香愣怔了半天，才发现小姐不再说话，已经气息微弱了，她吓得赶紧把老爷、夫人叫来。此时，丽娘已是精力耗尽，她拼着最后一口气，让父母把她葬在后花园的梅树下，又让春香把她的画像放在木匣里，埋在太湖石底下。说完，丽娘的一缕香魂就归往天际了。
丽娘一死，杜宝夫妇痛失爱女，哭得死去活来，春香失去小姐，也是号啕大哭，杜府上下，一片哀声。这时，朝廷传下圣旨，说金兵南侵，皇帝升杜宝为安抚使，让他镇守淮扬，即刻挂帅迎敌。杜宝虽然正为女儿的死伤心，但皇命不可违，他马上命人按照丽娘的遗嘱，把她葬在梅树底下，又让人在旁边盖了座梅花观，把女儿的神位供在里面，又让石道姑和陈最良在观里为女儿看守坟墓。陈最良本来生活没有着落，杜太守这样做，也是有意照顾他，他当然乐意接受这样的差事。杜宝迅速料理完女儿的后事，就带上夫人、春香及其他仆人，前往淮扬了。
三年后，一位姓柳的公子来到南安府，他是岭南人，相传是柳宗元的后人，原名柳春卿，后改名梦梅。柳梦梅本是要进京赶考的，路过江西南安时，染上风寒，又不慎掉入河中，幸好被陈最良救起，带他到梅花观里借住养病。柳梦梅在观中将养些日子，病渐渐好了。一天，他闲来无事，就到杜家的后花园里游逛，无意间发现太湖石下有个木匣子，他拿出来打开一看，里面有幅女子的画像。柳梦梅细细端详了一下那画中女子的容貌，觉得似曾相识，好像在哪里见过一样。他看了又看，忽然想起三年前的那个梦，顿时觉得这女子与那梦中人十分相似。原来三年前，柳梦梅曾做过一个梦，梦到自己到了一个园子里，一个美丽绝伦的小姐站在梅树下，对他说：”柳生，遇到我后你才有美好姻缘和显达的功名。“说完，飘然而逝。柳梦梅醒来后，觉得那梦非同一般，才给自己改了名字。
现在，柳梦梅得到这画像，如醉如痴，他也顾不得再欣赏园中的景致，带着画像就回了自己房间，然后把它挂在墙上，呆呆地望着美人图出神。他又看到画像旁边题了首小诗，细细读来，那句“不在梅边在柳边”，似乎暗含着自己的名字。柳梦梅心中暗想：难道她真的是自己梦到的那个人吗？当年的那个梦真的是有所预示吗？他面对着这美丽女子的画像，不禁浮想联翩起来。柳梦梅的眼睛一刻都不想离开那画中的美人，他越看越爱看，越看越想看，渐渐陷入痴迷状态，他觉得那女子似乎也在脉脉含情地看着他，他真想把她从画中拉出来，好和自己真实地相爱一场。
一连几天，柳梦梅都神游魂荡，从早到晚对着那画像痴看，他还依照画中诗的原韵，和了一首诗，也题在那画像上，诗为：“丹青妙处却天然，不是天仙即地仙。欲傍蟾宫人远近，恰似春在柳梅边。“柳梦梅题完后，觉得很满意，他想：如果这画中女子能成为真人就好了。一天晚上，柳梦梅正看着那画像发呆，嘴里还不时地喊着“姐姐”、“美人”。忽然听到外面有人敲门，他打开门后，一个女子闪进来，柳梦梅借着灯光一看，怀疑是仙子下凡，他不禁又看呆了。那女子自称是邻家的女儿，因三年前曾在梦中与公子相遇，所以今晚特来相会。柳梦梅回过神来，又仔细打量了一下，果然这女子与那画中人也是一模一样，他惊喜万分，觉得自己这几天对着那画像着迷，没有白白地付出那份痴情。两人随即拥抱在一起，发下山盟海誓，约定共结人间连理。从此以后，女子每天暮来晨往，夜夜与柳梦梅幽会，两人情深意浓，如胶似漆。
