La historia comienza en un observatorio, donde un astrónomo nota que Marte, más viejo que la Tierra, ha experimentado un descenso repentino de los niveles marítimos y de la temperatura. Para escapar de la extinción de su planeta, los marcianos buscan otro lugar donde poder instalarse, y la Tierra está lo suficientemente cerca como para ser el objetivo ideal. Las explosiones repentinas que el astrónomo y el narrador observan sobre la superficie marciana no son otra cosa que los cañones lanzando unos cilindros en los que viajan los marcianos hacia la Tierra.
El primer cilindro impacta cerca de la casa del narrador, en Woking. Cuando se abre, frente a una muchedumbre de curiosos, se asoma un marciano del tamaño de un oso, con grandes ojos y largos tentáculos. Sin embargo, en la pesada atmósfera de la Tierra le cuesta mucho moverse, y regresa rápido al interior del cilindro. Al tiempo, una delegación humana, que incluye al astrónomo, se aproxima en son de paz, pero desde el cilindro se levanta una extraña máquina que dispara sobre ellos lo que el narrador llama un "rayo calórico" y los incinera en el acto.
Llega el ejército británico y rodea el cilindro; el pueblo de Woking se sume en una espera cargada de tensión. Luego de recibir el impacto de la artillería británica, del cilindro se asoma una especie de trípode enorme comandado por un marciano y descarga su rayo calórico sobre la artillería y todo lo que rodea el cráter. Tras estos acontecimientos, el narrador pide prestado un carro y lleva a su esposa a Leatherhead, a casa de su primo, donde estará más segura. Luego regresa para devolver el carro, pero en el camino se topa con uno de estos vehículos marcianos y vuelca con el auto, por lo que debe continuar a pie. En la noche tormentosa, ve que por la región se mueven más de estos enormes y mortíferos trípodes, y el cielo se tiñe de rojo allí donde las poblaciones han sido incendiadas por su rayo. Cuando llega a su casa, se encuentra con un artillero que huye de la destrucción y que le anuncia que otro cilindro ha caído en las cercanías. Con la intención de dar un rodeo y regresar a Leatherhead, el protagonista se dirige junto al artillero hacia Weybridge.
Poco después de llegar a Weybridge, varios trípodes se hacen presentes y atacan la población; una batería inglesa logra derribar una de aquellas máquinas antes de ser totalmente destruida. Para escapar, el narrador se arroja al Támesis y se deja llevar por la corriente; luego, encuentra una barca y navega río abajo hasta Walton. A la orilla del río se encuentra con un cura que se le une y avanza junto a él. Los dos personajes pueden contemplar esa tarde el avance organizado de muchos trípodes hacia la línea de defensa que el ejército británico ha establecido para proteger Londres. Sin embargo, los trípodes llevan unos enormes tubos con los que disparan un proyectil que libera un humo negro capaz de matar a todos aquellos que lo respiran, y lo utilizan para reducir las defensas humanas sin siquiera entrar en contacto con el ejército.
En este punto de la novela, la narración se corre de foco hacia el hermano del protagonista, un joven estudiante de medicina en Londres. A través de sus ojos, el narrador relata el éxodo de la ciudad cuando los marcianos llegan hasta sus cercanías. El hermano del narrador huye hacia la costa de Essex y en el camino se encuentra con dos mujeres que se le unen. Los tres llegan a la costa del Támesis y logran comprar un pasaje hacia Ostende, Flandes. Cuando están por partir, un grupo de marcianos aparece y comienza a disparar sobre los barcos. Sin embargo, un acorazado de la armada británica, el Thunder Child, interviene y logra destruir dos trípodes antes de ser totalmente destrozado. Con este episodio concluye el libro primero.
El libro segundo comienza con el narrador y el cura llegando a las afueras de Londres y buscando comida en las casas abandonadas. Cuando observan que un trípode atrapa a algunos supervivientes y los guarda en una caja en la parte posterior de la máquina, el narrador comienza a pensar que los marcianos tienen algún tipo de plan para los humanos. Tiempo después, mientras buscan provisiones en una casa, un quinto cilindro cae en las inmediaciones y el impacto derrumba la vivienda, enterrándola bajo una montaña de tierra, por lo que el narrador y el cura quedan allí atrapados. En los días que pasan dentro de la casa derruida, pueden observar por una rendija los movimientos de los marcianos alrededor del cilindro recién caído, y comprueban entonces que aquellas criaturas se alimentan mediante la succión de la sangre de los humanos. En el encierro, el cura enloquece e intenta llamar la atención de los marcianos para suicidarse, por lo que el narrador lo deja inconsciente de un golpe, aunque ya es demasiado tarde y un tentáculo apresa el cuerpo caído y se lo lleva. Sin embargo, el narrador logra esconderse y no es atrapado por sus enemigos. Días después, cuando abandona su escondite, nota que una extraña enredadera roja está creciendo por todas partes.
Días después, el narrador comprende que los marcianos han abandonado el cráter y se anima a salir de su escondite y retomar su camino. El paisaje alrededor está totalmente transformado: la hierba roja ha crecido por todas partes, hasta producir bloqueos en el río e inundar los valles entre Richmond y Londres. En las proximidades de Putney, el narrador se encuentra con el artillero con el que había viajado hasta Weybridge, quien le cuenta su plan de reconstruir la civilización humana bajo tierra. Sin embargo, tras compartir un día con él, el protagonista comprende que el plan es descabellado e imposible, por lo que abandona al hombre y se interna en el centro de Londres.
Al ver la destrucción por todas partes, el narrador comienza a perder la razón y se aproxima a un trípode con el objetivo de que los marcianos lo exterminen. Sin embargo, esto no sucede y el protagonista descubre con asombro que el marciano está muerto dentro de su vehículo. Entonces, explora y encuentra a su alrededor más alienígenas muertos, y comienza a comprender que todos han sucumbido. Comprende así que aquellas criaturas han perecido debido a la acción de bacterias y microbios terrestres a los que su biología no estaba acostumbrada: los marcianos no tienen ninguna inmunidad desarrollada contra los microbios terrestres, y eso les ha provocado la ruina. Tras este descubrimiento, el narrador sufre un colapso nervioso y es cuidado por una familia que lo encuentra vagando por las calles de Londres. Días después, ya recuperado, regresa a Woking para contemplar la destrucción del pueblo y de su casa. Allí se encuentra con su mujer, que también ha sobrevivido a la invasión.
El epílogo de la novela está dedicado a las reflexiones posteriores a la invasión. El protagonista indica que la humanidad ahora sabe que no está sola en el universo, y que nuevas invasiones podrían ocurrir. Sin embargo, la tecnología marciana puede ser de gran ayuda para estar preparados. A su vez, tal como los marcianos lo han hecho, los humanos podrían en un futuro realizar el mismo tipo de viajes si la Tierra llegara a correr peligro debido a la extinción del sol.
