Durante la década de 1880 se cree que la Ópera del Palais Garnier, en París, está embrujada por algo o alguien conocido como el Fantasma de la Ópera.
En una función de gala celebrada en honor a la jubilación de los dos directores de la ópera, una joven y desconocida soprano sueca llamada Christine Daaé, es llamada a cantar en lugar de la soprano principal de la Ópera, Carlotta, que está enferma, y la actuación de Christine es un éxito asombroso. El Vizconde Raoul de Chagny, presente en la representación, la reconoce como su compañera de juegos de la infancia y recuerda su amor por ella. Intenta visitarla entre bastidores, donde oye a un hombre que la piropea desde el interior de su camerino. Cuando Christine se marcha, investiga la habitación y la encuentra vacía.
En Perros-Guirec, Christine se encuentra con Raoul, que la interroga sobre la voz que oyó en su habitación. Christine le dice que ha sido tutelada por el Ángel de la Música, del que su padre solía hablarles. Cuando Raoul le sugiere que podría ser víctima de una broma, ella se marcha. Una noche, Christine visita la tumba de su padre, donde aparece una misteriosa figura que toca el violín para ella.
De vuelta al Palais Garnier, los nuevos gerentes reciben una carta del Fantasma exigiendo que permitan a Christine interpretar el papel principal de Margarita en Fausto y que el palco 5 quede vacío para su uso, para que no actúen en una casa maldita. Los directores suponen que se trata de una broma y hacen caso omiso de sus peticiones, lo que tiene consecuencias desastrosas: Carlotta acaba croando como un sapo y un espectador muere cuando la lámpara de araña cae repentinamente sobre el público. El Fantasma, tras secuestrar a Christine en su camerino, se revela como un hombre deforme llamado Erik.
Erik pretende mantenerla prisionera en su guarida durante unos días. Sin embargo, ella le hace cambiar de planes cuando le desenmascara y, para horror de ambos, contempla su rostro sin nariz y de ojos hundidos, que se asemeja a una calavera reseca por los siglos. Temiendo que ella le abandone, decide retenerla permanentemente, pero cuando Christine le pide que la libere al cabo de dos semanas, él accede con la condición de que lleve su anillo y le sea fiel.
En la azotea de la Ópera, Christine le cuenta a Raoul su secuestro y le hace prometer que se la llevará a un lugar donde Erik nunca pueda encontrarla, aunque ella se resista. Sin embargo, Christine simpatiza con Erik y decide cantar para él por última vez como forma de despedirse. Sin que Christine y Raoul lo sepan, Erik les ha estado observando y ha escuchado toda su conversación.
La noche siguiente, Erik, enfurecido y celoso, secuestra a Christine durante una representación de Fausto e intenta obligarla a casarse con él. Raoul es conducido por un misterioso cliente de la Ópera, conocido como "El Persa", a la guarida secreta de Erik en las profundidades de la Ópera. Sin embargo, acaban atrapados en una habitación con espejos por Erik, que amenaza con que, a menos que Christine acceda a casarse con él, los matará a ellos y a todos los presentes en la Ópera utilizando explosivos.
Christine acepta casarse con Erik. En un principio, Erik intenta ahogar a Raoul y al Persa con el agua que se habría utilizado para apagar los explosivos. Sin embargo, Christine le suplica y le ofrece ser su "novia viva", prometiéndole no suicidarse después de convertirse en su novia, ya que acababa de intentarlo. Erik accede, y libera a Raoul y al Persa.
Cuando Erik se queda a solas con Christine, se levanta la máscara para besarla en la frente y recibeun beso en respuesta. Erik confiesa que nunca ha besado a nadie, ni siquiera a su propia madre. La emoción le invade. A continuación, él y Christine lloran juntos y sus lágrimas "se mezclan". Ella también le toma de la mano y le dice: "Pobre e infeliz Erik", lo que le reduce a "un perro dispuesto a morir por ella".
Deja escapar al Persa y a Raoul, no sin antes hacer prometer a Christine que le visitará el día de su muerte y le devolverá el anillo de oro que le regaló. También hace prometer al Persa que después irá al periódico a informar de su muerte, ya que morirá pronto "de amor".
Efectivamente, un tiempo después, Christine regresa a la guarida de Erik y, por petición de este, lo entierra en un lugar donde nunca será encontrado, y le devuelve el anillo de oro. Después, un periódico local publica la simple nota: "Erik ha muerto". Christine y Raoul se escapan y no vuelven a aparecer.
En el epílogo se reconstruye parte de la vida de Erik. Se revela que era hijo de un maestro albañil, deforme de nacimiento. Huyó de su Normandía natal para trabajar en ferias y caravanas, instruyéndose en las artes del circo por Europa y Asia, y llegando a construir palacios de trucos en Persia y Turquía. Finalmente, regresó a Francia e inició su propio negocio de construcción. Tras ser subcontratado para trabajar en los cimientos del Palais Garnier, Erik se construyó discretamente una guarida en la que desaparecer, con pasadizos ocultos y otros trucos que le permitían espiar a los trabajadores.
