Катерина Львовна, «по наружности женщина очень приятная», живет в зажиточном доме купца Измайлова со вдовым свекром Борисом Тимофеевичем и немолодым мужем Зиновием Борисовичем. Детей у Катерины Львовны нет, и «при всем довольстве» житье её «за неласковым мужем» самое скучное. На шестой год замужества
Зиновий Борисович уезжает на мельничную плотину, оставив Катерину Львовну «одну-одинешеньку». Во дворе своего дома она мерится силой с дерзким работником Сергеем, а от кухарки Аксиньи узнает, что молодец этот служит у Измайловых уже месяц, а из прежнего дома был изгнан за «любовь» с хозяйкой. Вечером Сергей приходит к Катерине Львовне, жалуется на скуку, говорит, что любит, и остается до утра. Но в одну из ночей Борис Тимофеевич замечает, как из невесткина окна спускается книзу красная рубаха Сергея. Свекр грозит, что все расскажет мужу Катерины Львовны, а Сергея в острог отправит. В ту же ночь Катерина Львовна отравляет своего свекра белым порошком, припасенным для крыс, и продолжает «алигорию» с Сергеем.
Между тем Сергей становится сух с Катериной Львовной, ревнует её к мужу и говорит о своем ничтожном состоянии, признаваясь, что хотел бы «пред святым пред вечным храмом» мужем ей быть. В ответ Катерина Львовна обещает сделать его купцом. Возвращается домой Зиновий Борисович и обвиняет Катерину Львовну в «амурах». Катерина Львовна выводит Сергея и смело целует его при муже. Любовники убивают Зиновия Борисовича, а труп хоронят в погребке. Зиновия Борисовича бесполезно разыскивают, а Катерина Львовна «поживает себе с Сергеем, по вдовьему положению на свободе».
Вскоре к Измайловой приезжает жить малолетний племянник Зиновия Борисовича Федор Ляпин, деньги которого были у покойного купца в обороте. Наущаемая Сергеем, Катерина Львовна задумывает извести богобоязненного мальчика. В ночь Всенощной под праздник Введения мальчик остается в доме наедине с любовниками и читает Житие святого Федора Стратилата. Сергей хватает Федю, а Катерина Львовна душит его пуховою подушкой. Но как только мальчик умирает, дом начинает трястись от ударов, Сергей паникует, видит покойного Зиновия Борисовича, и только Катерина Львовна понимает, что это с грохотом ломится народ, увидевший в щелку, что в «грешном доме» делается.
Сергея забирают в часть, и он при первых словах священника о страшном суде признается в убийстве Зиновия Борисовича и называет Катерину Львовну соучастницей. Катерина Львовна все отрицает, но на очной ставке признается, что убила «для Сергея». Убийц наказывают плетьми и приговаривают к каторжным работам. Сергей возбуждает сочувствие, а Катерина Львовна ведет себя стойко и даже на родившегося ребенка смотреть отказывается. Его, единственного наследника купца, отдают на воспитание. Катерина Львовна думает только о том, как бы поскорей на этап попасть и Сергея повидать. Но на этапе Сергей неласков и тайные свидания его не радуют. У Нижнего Новгорода к заключенным присоединяется московская партия, с которой идут солдатка Фиона свободного нрава и семнадцатилетняя Сонетка, о которой говорят: «около рук вьется, а в руки не дается».
Катерина Львовна устраивает очередное свидание с любовником, но застает в его объятиях безотказную Фиону и ссорится с Сергеем. Так и не помирившись с Катериной Львовной, Сергей начинает «чепуриться» и заигрывать с Сонеткой, которая будто «ручнеет». Катерина Львовна решает оставить гордость и мириться с Сергеем, а во время свидания Сергей жалуется на боль в ногах, и Катерина Львовна отдает ему толстые шерстяные чулки. На следующий день она замечает эти чулки на Сонетке и плюет Сергею в глаза. Ночью Сергей вместе с товарищем избивает Катерину Львовну под хихиканье Сонетки. Катерина Львовна выплакивает горе на груди Фионы, вся партия во главе с Сергеем над ней издевается, но Катерина Львовна ведет себя с «деревянным спокойствием». А когда партия переправляется на пароме на другую сторону реки, Катерина Львовна хватает Сонетку за ноги, перекидывается вместе с ней за борт, и обе тонут.