Lưu ý: các chi tiết trong nhạc kịch không hoàn toàn giống với tiểu thuyết.

Màn I

Nhạc kịch lấy bối cảnh đô thành Paris năm 1482. Tại đây nhà thơ nghèo Pierre Gringoire kể lại câu chuyện mà anh chứng kiến.

Đoàn người Di-gan (Bohémienne) vô gia cư (dẫn đầu là Clopin) lũ lượt kéo đến cổng Nhà thờ Đức Bà tìm nơi trú ngụ, gây khó chịu cho Phó Giám mục Nhà thờ là Frollo. Ông yêu cầu Phœbus - trưởng đội cung thủ của hoàng gia - trục xuất những người này. Tuy nhiên, điều chẳng ngờ tới là Phœbus lại mắc vào ái tình với cô gái trẻ xinh đẹp tên là Esméralda trong đoàn Di-gan, dù anh này đã có tình nhân. Cô gái ngây thơ cũng yêu thầm Phœbus.

Frollo yêu cầu Quasimodo (người kéo chuông nhà thờ có hình hài xấu xí) bắt cóc Esméralda. Vốn một lòng trung thành với Frollo, Quasimodo tuân mệnh nhưng không may thất bại và bị Phœbus bắt. Phœbus nhân dịp này hẹn gặp Esméralda tại Cabaret du Val d'Amour. Một lần Gringoire vô tình đi vào khu vực của dân vô gia cư và bị Clopin bắt được. Clopin cảnh báo nếu không có người phụ nữ nào đồng ý cưới Gringoire thì anh sẽ bị treo cổ. May mắn cho anh, Esméralda đã nhận lời (trên danh nghĩa).

Quasimodo chịu đựng bị trói tay trói chân. Anh kêu gào đòi uống nước nhưng không ai đoái hoài, chỉ trừ Esméralda bất ngờ đưa nước đến. Quasimodo được thả, và đến đây trên sân khấu xuất hiện cả Frollo và Phœbus; cả ba cùng hát về tình yêu của mình đối với Esméralda.

Tối hôm đó, Phœbus tới gặp Esméralda ở Cabaret du Val d’Amour, đằng sau có một bóng đen (Frollo) bí mật bám theo. Khi đang tình tự với Esméralda thì Phœbus bị bóng đen dùng dao đâm ngã gục.

Màn II

Mở đầu màn II là cảnh Frollo và Gringoire cùng nhau bàn luận một số vấn đề. Gringoire cho Quasimodo biết Esméralda đang bị giam ở nhà tù La Sainte và sẽ bị treo cổ vì tội hãm hại Phœbus. Clopin và một số người khác cũng bị bắt giam vào đây. Frollo dùng cách tra tấn để ép Esméralda nhận tội và phán cô tội treo cổ. Sáng sớm ngày hành hình, Frollo đến thú nhận với Esméralda rằng chính ông đã đâm Phœbus, đồng thời cho cô lựa chọn: hoặc yêu ông hoặc chết. Esméralda tỏ ra ghê tởm và chối phắt đi. Lúc đó, Clopin - được Quasimodo giải cứu - lao tới đánh Frollo bất tỉnh, cứu được Esméralda. Quasimodo đưa Esméralda về trú trong nhà thờ Đức Bà - nơi Clopin và những người khác tạm chiếm. Bên ngoài, Frollo và Phœbus kéo quân tới đàn áp thành công những người chiếm đóng. Clopin trước khi chết đã nhờ Esméralda lãnh trách nhiệm làm người các anh em khác. Cô rốt cuộc cũng thất bại và bị Phœbus ra lệnh treo cổ. Sau khi nghe Frollo tuyên bố chính mình là chủ mưu gây ra cái chết của Esméralda, Quasimodo giận dữ hất Frollo từ nơi cao khiến ông ta tử vong. Trong cảnh cuối, Quasimodo đòi nhận thi thể của Esméralda và gục khóc trên xác cô.