Le roman met en scène un personnage-narrateur nommé Meursault, vivant à Alger, capitale de l’Algérie française. Le roman est découpé en deux parties.
Il démarre sur ce télégramme que Meursault reçoit, annonçant la mort de sa mère. Il va lui rendre visite à l’asile de vieillards, situé près d’Alger. Toute la nuit, il veille sur sa mère défunte avant d’assister le jour suivant à la mise en bière et aux funérailles, sans montrer aucune peine.
Le lendemain, il décide d'aller nager à l'établissement de bains du port et y rencontre Marie, une dactylo qui avait travaillé dans la même entreprise que lui auparavant.
Ils sortent voir un film de Fernandel au cinéma le soir-même et passent la nuit ensemble. Le lendemain matin, son voisin, Raymond Sintès, proxénète, lui demande de l'aider à écrire une lettre pour dénigrer sa maîtresse maure envers laquelle il s'est montré brutal ; il craint des représailles du frère de celle-ci. La semaine suivante, Raymond frappe et injurie sa maîtresse dans son appartement. La police intervient et convoque Raymond au commissariat. Celui-ci utilise Meursault comme témoin moral. En sortant, il invite Marie et lui à déjeuner le dimanche suivant dans un cabanon au bord de la mer, qui appartient à un de ses amis, Masson. Lors de la journée, Marie demande à Meursault s'il veut se marier avec elle. Il répond que ça n'a pas d'importance, mais qu'il accepte volontiers l'idée.
Le dimanche midi, après un repas bien arrosé, Meursault, Raymond et Masson se promènent sur la plage et croisent deux hommes arabes, dont le frère de la maîtresse de Raymond. Meursault apprend que Raymond est armé et lui demande de lui confier son revolver pour éviter un drame. Une bagarre éclate, au cours de laquelle Raymond est blessé au visage d'un coup de couteau. Plus tard, Meursault, seul sur la plage, accablé par la chaleur, rencontre à nouveau l’un des Arabes qui sort un couteau. Aveuglé par la sueur, ébloui par le reflet du soleil sur la lame, Meursault tire de sa poche le revolver que Raymond lui a confié et tue l'Arabe d'une seule balle. Puis, sans raison apparente, il tire quatre autres coups sur le corps inerte.
Dans la seconde partie du roman, Meursault est arrêté et questionné. Ses propos sincères mettent son avocat dans l’embarras. Il ne manifeste aucun regret, mais de l'ennui. Lors du procès, on l'interroge davantage sur son comportement lors de l'enterrement de sa mère, que sur le meurtre lui-même. Meursault se sent exclu du procès. Il dit avoir commis son acte à cause du soleil, ce qui déclenche l'hilarité de l'audience. Le soleil provoqua, toujours selon Meursault, une distorsion de la vision semblable à une hallucination. La sentence tombe : il est condamné à la guillotine. L'aumônier visite Meursault pour qu'il se confie à Dieu dans ses derniers instants, Meursault refuse. Quand l'aumônier lui dit qu'il priera pour lui, cela déclenche sa colère.
Avant son exécution, Meursault finit par trouver la paix dans la sérénité de la nuit et souhaite que les foules qui le haïssent soient au rendez-vous pour sa mort.
