Kimball O’Hara es un joven, hijo huérfano de un soldado irlandés adicto al opio, y de una madre pobre de raza blanca. Vive en la India británica a fines del siglo XIX, por lo cual al quedar huérfano aprende a vivir en las calles, y aprovecha su espíritu astuto y pícaro para conseguir comida y sobrevivir. Realiza trabajos ocasionales para Mahbub Ali, un afgano comerciante de caballos que oculta una identidad secreta: es también espía local para los británicos. Como niño criado en la India, está tan empapado de la cultura local que vive en comunidad con los habitantes de Lahore y nadie repara en su origen blanco.
La historia se inicia cuando Kim conoce a un lama tibetano, un monje del norte que ha llegado a Lahore luego de haber emprendido la búsqueda de un río sagrado —el río de la flecha— que le permitirá trascender la rueda de la vida y liberarse de sus pecados. Sorprendido por la excentricidad de este lama, que le muestra la diversidad de un mundo que él desconoce, Kim logra que el santo lo tome como su discípulo y le permita viajar con él, rumbo a Benarés, en busca del río milagroso. La noche antes de irse, Kim y el lama pasan la noche en el campamento de Mahbub Ali, quien encomienda a Kim una peligrosa misión: entregar a un coronel inglés en Ambala un mensaje encriptado.
Kim y el lama emprenden su viaje en tren. Al llegar a Ambala, Kim se las ingenia para ocultarle al lama su misión secreta y se dirige a lo del coronel Creighton, a quien entrega el mensaje encriptado. Fiel a su espíritu curioso, Kim se escabulle para enterarse del contenido de ese mensaje: cinco reyes del norte planean una conspiración contra el gobierno británico en India. En respuesta, el coronel Creighton junto con el comandante determinan el comienzo de una guerra para combatir a los traidores. Así, Kim queda envuelto en una trama secreta de espionaje que llevará adelante a espaldas de su lama.
El viaje de maestro y discípulo continúa, hasta que se encuentran con un regimiento irlandés para el cual trabajó el padre de Kim, y que se dirige rumbo a aquella guerra inminente que Kim conoció de primera mano. Dos clérigos asociados al regimiento reconocen a Kim como hijo de uno de los suyos, y deciden capturar al chico para darle una educación europea. El lama, que ya ha desarrollado cariño por el chico, acepta ese destino para Kim y se ofrece a pagarle una educación privilegiada, con la promesa de que una vez que los termine, se reunirá con él para continuar con la búsqueda de su río.
Kim atraviesa varios años de escolarización en St. Xavier, donde lo forman para abandonar su identidad hindú y convertirse en un sahib, es decir, adquirir las costumbres de los hombres blancos, que en la India son los amos, quienes toman las decisiones. Durante esos años, Kim llama la atención del servicio secreto británico, que se escuda detrás del departamento de estudios etnológicos de la India colonial, y está a cargo del coronel Creighton. Por sus cualidades particulares, Creighton y Mahbub quieren convertir a Kim en un espía que trabaje para su agencia de inteligencia, a favor los ingleses en el Gran Juego, esto es, el enfrentamiento geopolítico entre el Imperio británico y el Imperio ruso. A lo largo de esos años, el lama lo visita en varias ocasiones, para asegurarse de que Kim continúe con su formación. En las vacaciones de la escuela, reacio a renunciar a su libertad, Kim quiere continuar sus aventuras de viaje. Creighton y Mahbub Ali negocian con él y le organizan temporadas de formación especial con el sahib Lurgan, quien lo adiestra en técnicas de observación y actuación, que Kim desempeña de manera destacada. En lo de Lurgan, Kim conoce a otro de los espías del servicio de inteligencia, el babu Hurri Chunder Mukerji. En otras oportunidades, Kim realiza tareas de espionaje para Mahbub y consigue información valiosa para el Imperio británico.
Al finalizar sus estudios en St. Xavier, Creighton, Mahbub y Lurgan acuerdan que Kim retome su viaje con el lama, pues confían en que en las rutas de la India podrá poner en práctica sus habilidades de espionaje. Durante un viaje en tren, Kim logra reconocer a uno de los suyos, miembros del departamento de inteligencia, cuya vida corre peligro. Valiéndose de sus habilidades para el disfraz, ayuda a ese hombre a salvarse y a completar su misión secreta. Orgullosos de su desempeño, Creighton y Mahbub aceptan que Kim viaje hacia el norte con el lama, rumbo a las montañas, con el fin de asistir a Hurri en una misión: capturar a dos conspiradores europeos, afines al Imperio británico, que buscan socavar el poderío británico sobre Asia Central.
Sin que el lama conozca su objetivo oculto, Kim lo convence de seguir su ruta por las montañas del norte, argumentando que es la mejor vía para ir en busca de su río. Entretanto, Kim va siguiendo la pista de Hurri, que viaja unos kilómetros delante. Un día, Hurri se encuentra a los dos europeos y, fingiendo estar en contra de las políticas coloniales opresivas del Imperio británico sobre la India, se gana su confianza y comienza a viajar con ellos, con el objetivo de robarles su equipaje, en el que seguro llevan documentación comprometedora. Pronto, la comitiva de Hurri y los dos europeos se cruza con Kim y el lama. Se da entre ellos un enfrentamiento porque los europeos se sienten humillados por la cultura ancestral del lama, uno de ellos lo golpea y el otro los amenaza con su revólver. El lama y Kim logran escapar, llevándose los documentos de los europeos, mientras Hurri acude en ayuda de estos últimos, impostando aún su amistad con ellos.
Kim descubre que la documentación que los europeos cargaban es de gran relevancia para el Imperio británico, pero antes de asegurarse que llegue a buen puerto debe acompañar al lama a su río. Sin embargo, el lama está muy debilitado y deben cargarlo en una camilla. Luego, Kim se ofrece a llevarlo en andas, pero él también termina enfermando. Luego de varios días de convalecencia, se recupera y se entera de muchas novedades. Por un lado, Hurri ha podido transmitir la importante información que Kim capturó. El servicio de inteligencia está orgulloso de su desempeño y quieren reunirse con él para pensar su futuro profesional allí. Además, el lama alcanzó la iluminación luego de encontrar el río.
Hacia el final, Mahbub y el lama discuten sobre el futuro de Kim y acuerdan que el chico será un funcionario del Gobierno. Sin embargo, antes de ello el lama le asegura a Kim que lo ayudará a alcanzar la iluminación, tal como él la alcanzó.
