故事以第一人称的叙事者开场。他在巴黎看到一则拍卖广告：一位刚过世的名交际花的遗物要公开拍卖，以偿还她留下的债务。上流社会的贵妇们纷纷前来，好奇地参观这位她们平时鄙视、却又暗自羡慕的女人奢华的住处。

这位女人名叫玛格丽特・戈蒂埃。她总是带著一束茶花出现在剧院，每个月有二十五天戴白色的茶花，另外五天戴红色的茶花，因此被称为「茶花女」。

叙事者在拍卖会上买下了一本小说《曼侬・雷斯考》，扉页上写著一行字：「曼侬致玛格丽特：谦卑。」署名是阿尔芒・杜瓦尔。不久，一位悲痛欲绝的年轻人找上门，请求买回这本书。他就是阿尔芒。他从远方赶回巴黎，却已来不及见玛格丽特最后一面，于是向叙事者说出了两人的故事。

玛格丽特出身贫寒的乡下，来到巴黎后成为红极一时的交际花，生活奢华，挥金如土，身边围绕著许多有钱的追求者。一位年老的公爵供养她，因为她长得很像他早逝的女儿。但她也患有严重的肺结核，常常咳血，表面的欢笑底下，是一颗孤独而疲惫的心。

二十四岁的阿尔芒是一位出身中产阶级的青年。他第一次在街上看见玛格丽特走下马车，就深深爱上了她，却迟迟不敢上前。她生病的时候，他每天都去她家门口询问病情，却从不留下名字。有一次，玛格丽特在宴会上咳得厉害，独自走进房间，阿尔芒跟进去，看见她手帕上的血，心疼地流下泪来。

从来没有人真正关心过她的身体。玛格丽特被他的真诚打动，答应接受他的爱，条件是他必须完全信任她、不能嫉妒、也不能过问她的生活。

玛格丽特的邻居普律当丝是一位帽子商人，表面上是她的朋友，实际上总是从她身上捞好处，替她牵线、也替自己图利。玛格丽特很清楚，像她这样的女人，身边几乎没有真正的朋友，只有想利用她的人。她说，她们这种人一旦生了病、没了美貌，就会被所有人遗忘。正因为如此，阿尔芒那份不求回报的关心，才让她如此珍惜。

两人很快陷入热恋。为了和阿尔芒在一起，玛格丽特决定告别过去的生活。她说服公爵，在巴黎近郊的布吉瓦租了一间乡间小屋，和阿尔芒在那里度过了一个快乐的夏天。他们在田野间散步、划船，过著简单而宁静的日子，玛格丽特穿著朴素的衣服，像一个普通的恋爱中的女孩，身体也一度好转。

可是，她欠下的债务越来越多。为了不再依赖别的男人，她偷偷卖掉了自己的马车、首饰和喀什米尔披肩。阿尔芒发现后，决定把母亲留给自己的遗产转让给她，让两人能一起生活下去。玛格丽特却不肯接受，她不愿让阿尔芒因为她而牺牲自己的未来。

这时，阿尔芒的父亲杜瓦尔先生听说儿子和一位交际花同居，立刻赶到巴黎。他趁阿尔芒不在时，私下去见玛格丽特。

他告诉她：儿子的名声正在毁掉，前途一片黑暗；更重要的是，阿尔芒的妹妹即将出嫁，未婚夫的家族如果知道这件丑闻，婚事就会告吹。他恳求玛格丽特为了阿尔芒和他妹妹的幸福，离开他。

玛格丽特明白，社会永远不会接受她这样的女人。她答应了。这是她一生中最痛苦的决定：她终于找到真心爱她的人，却必须亲手推开他。她只盼望有一天，阿尔芒能明白她的苦心。为了让阿尔芒彻底死心，她写了一封绝情的信，说自己厌倦了乡下的生活，回到了一位有钱的伯爵身边，重新过起从前的日子。

阿尔芒以为自己被背叛，悲愤欲狂。他回到巴黎后，故意当著玛格丽特的面，和另一位交际花奥兰普出双入对，处处羞辱她，想看她痛苦的样子。玛格丽特默默承受，从不辩解，病情也越来越重。

有一天，玛格丽特来找他，请求他不要再折磨她。两人在情绪激动中重温了一夜旧情，但第二天，她又离开了。阿尔芒愤怒之下，寄给她一笔钱，仿佛把她当成一个收钱的女人。这是对她最残酷的侮辱。之后，他便离开法国，到遥远的东方去旅行，想忘掉这一切。

玛格丽特被侮辱、被抛弃，病得越来越重。债主们上门讨债，昔日的追求者都离她而去。她在病床上写日记，记下自己对阿尔芒的思念，也说出了当初离开他的真相。她最后孤零零地死去，身边只剩下一位好心的朋友茱莉照顾她。

阿尔芒回到巴黎时，看到的只有那本日记。他悔恨不已，甚至请人掘开她的坟墓，只为了再看她一眼，再把她迁葬到一个更好的地方。从日记中他也得知，在玛格丽特临终前，他的父亲曾写信给她，感谢她的牺牲，并表达了敬意。

日记记录了她生命最后的日子：她的病一天比一天沉重，债主甚至在她病榻旁清点财物，她却始终期盼著阿尔芒能回来，让她解释一切。直到最后一刻，她都在呼唤他的名字。

小说最后，叙事者说，他不是要歌颂堕落，而是想告诉读者：不要轻视那些被社会唾弃的女人。玛格丽特虽然身处所谓的「半上流社会」，却拥有比许多体面人更高尚的灵魂；她为了爱人而牺牲自己，展现了真正的善良。

这部作品批判了资产阶级表面上重视道德、实际上却虚伪冷酷的双重标准：杜瓦尔先生口口声声为了家族名誉，却毫不在乎一个女人的生命与幸福。小说采用「故事中的故事」的结构，由叙事者转述阿尔芒的回忆，再穿插玛格丽特的日记，让真相一层层揭开，增添了悲剧的力量。读者和阿尔芒一样，直到最后才明白，那个看似无情的女人，其实爱得最深。