El papel pintado amarillo es un texto breve narrado por su protagonista, una mujer que acaba de tener un bebé y padece problemas de salud mental. La protagonista y su marido, John, han alquilado una mansión cerca de la playa durante el verano para que ella pueda recuperarse, ya que tiene una "depresión nerviosa transitoria (una ligera propensión a la histeria)" (5). El hombre es también su médico y le indica el tratamiento del reposo absoluto. Así, ella debe pasar todo el día en cama y tiene prohibido trabajar o escribir. Pasa el tiempo en una habitación que parece haber sido el cuarto de los niños en el pasado. A la protagonista no le gusta, a pesar de ser espaciosa y luminosa, porque tiene las paredes cubiertas con un papel amarillo feo y arruinado, cuyo diseño es caótico y desagradable. La narradora detesta este papel, pero John no le permite mudarse a otra habitación porque cree que esta es la más adecuada para la recuperación de su esposa.
Dos semanas después, la salud mental de la narradora ha empeorado. Siente ansiedad constante y está siempre cansada; no duerme bien por la noche y no tiene energía para hacer nada. Apenas logra escribir un poco a escondidas en su diario secreto. La mujer siente alivio porque Mary, la niñera, cuida muy bien de su bebé, y Jennie, hermana de John, se hace cargo de la casa. A medida que pasan los días, la protagonista se obsesiona cada vez más con el papel; lo observa constantemente y su diseño la irrita. Descubre que el empapelado tiene un patrón que se repite. En ese patrón ella ve el dibujo de dos ojos saltones invertidos y de cuellos quebrados. Luego, empieza a ver una figura humana que parece estar atrapada detrás del papel.
Siguen pasando los días. La narradora está cada vez más ansiosa y deprimida. El papel se convierte en su único estímulo y en su interés principal. Lo observa constantemente y se pasa horas estudiando estos diseños confusos. Ella misma declara que esta actividad es tan buena como hacer gimnasia. Cada día, la imagen de la perturbadora figura atrapada atrás del papel se vuelve más nítida. A la luz de la luna, la protagonista logra ver que se trata de una mujer que está aprisionada entre rejas. No confía en nadie para hablar al respecto, ni siquiera en su marido. En este punto comienza a mostrarse paranoica: cree que John y Jennie también tienen un interés especial por el papel, pero ella quiere "ser la única que descubra la solución" (18), ya que está convencida de que el papel guarda algún misterio o mensaje secreto.
La protagonista cree que su salud mejora a medida que su interés por el papel se profundiza. Sospecha que Jennie y John vigilan su comportamiento, pero lo único que le preocupa es que no se conviertan en obstáculos que la separen del papel. Además del color, comienza a sentir el olor del papel, al que describe como un "olor amarillo" (20) que inunda toda la casa y sus alrededores. Por las noches no logra dormir, y observa cómo la mujer en el papel sacude las rejas, tratando de escapar. En ciertas zonas del empapelado, cree distinguir las cabezas de muchas otras mujeres que han intentado escapar y no lo han logrado. Las descripciones de la narradora ya parecen ser alucinaciones: relata que ve a la mujer del empapelado arrastrándose hacia el jardín que rodea la mansión. En este momento, decide rasgar el empapelado antes de irse de la casa, en los próximos dos días, para liberar a la mujer.
Esa noche, la protagonista arranca el papel de las paredes de media habitación. Por la mañana, Jennie se sorprende con el estado del cuarto, pero la narradora la convence de que solo ha quitado el papel porque le parece muy feo. Jennie comprende esa necesidad de quitarlo porque a ella también le parece horrible, y no le cuenta nada a John. La noche siguiente, la protagonista se encierra en el cuarto y termina de arrancar el papel. Mientras lo hace, escucha chillidos que vienen de las paredes. En este momento, considera arrojarse por la ventana, pero sabe que no podría hacerlo porque hay rejas. Además, tiene miedo, porque cree que afuera de la casa hay muchas mujeres que se han escapado del empapelado y se arrastran por el piso. Cuando llega la mañana, ha logrado quitar todo el papel, y ella misma se arrastra por el suelo de la habitación. Finalmente, John logra entrar en el cuarto y ella le dice que ahora nadie podrá volver a encerrarla tras el papel. El hombre se desmaya y ella sigue arrastrándose, incluso sobre el cuerpo del marido, que queda recostado sobre el piso.
