Mientras su avión aterriza en el aeropuerto de Hamburgo, Toru Watanabe, el narrador, escucha "Norwegian Wood", una canción de los Beatles que suena en los altavoces y que lo llena de dolorosos recuerdos de su pasado. Toru recuerda un prado por el que él y Naoko, su amor de la juventud, caminaron hace 18 años, cuando él tenía 19. A partir de aquel recuerdo, Toru se propone reconstruir la memoria de esos años junto a Naoko, puesto que le ha prometido que la recordaría por siempre.
Toru crece en Kobe junto a Kizuki, su mejor y único amigo; a este grupo inseparable también se suma Naoko, la novia de Kizuki, una joven de familia acomodada. Sin embargo, sus vidas quedan destrozadas tras el suicidio inexplicable de Kizuki, a sus 17 años, tras el cual tanto Toru como Naoko, cada uno por su cuenta y sin conocer los planes del otro, deciden mudarse a Tokio para asistir a la universidad y reconstruir sus vidas. Durante el primer año de universidad, en 1968, los dos se encuentran en el metro y comienzan a verse todos los domingos para caminar por la ciudad y hacerse compañía, aunque no suelen hablar del pasado ni mencionar a Kizuki. Mientras tanto, Toru se acostumbra a la vida en la residencia y a sus clases en la universidad, traba amistad con Nagasawa, un joven inteligente y carismático, y se acostumbra a vivir con Tropa-de-Asalto, un excéntrico y obsesivo joven con el que comparte habitación. Junto a Nagasawa, Toru comienza a salir a bares por la noche con el objetivo de conocer chicas y acostarse con ellas.
Cuando Naoko cumple 20 años, Toru la visita en su departamento y encuentra que su amiga tiene muchas ganas de hablar, algo que nunca antes había sucedido. En un momento en que Toru la interrumpe porque se está haciendo tarde, Naoko rompe a llorar, por lo que Toru se queda para consolarla y termina acostándose con ella. Al día siguiente, tras regresar a la universidad y tratar de ponerse en contacto con ella, Toru descubre que Naoko se ha mudado y le envía una carta a casa de sus padres para averiguar su paradero.
Al poco tiempo, Toru conoce a Midori, una compañera de clases muy bonita y algo excéntrica, con la que comienza a vincularse amistosamente. Unas semanas después, Midori lo invita a su casa y mientras miran un incendio desde la terraza, se besan. Poco tiempo después, Toru recibe una carta de Naoko en la que esta le explica que se ha internado en la Residencia Amy, un tipo especial de sanatorio, para recuperarse de los problemas psicológicos que ha estado teniendo. Toru la visita allí y conoce a Reiko Ishida, una mujer de unos treinta años que es compañera de cuarto de Naoko. Reiko explica que en el sanatorio, ubicado en medio de un bosque remoto, la gente no intenta curarse sino adaptarse a sus deformidades individuales. Esa noche Toru ve a Naoko a la luz de la luna junto a su cama, y misteriosamente ella le revela su cuerpo desnudo, sorprendiéndolo con su perfección. Al día siguiente, Naoko no parece recordar este episodio, algo que confunde profundamente a Toru.
Durante la estadía de Toru, Reiko y Naoko por separado le cuentan sus historias de vida. Reiko era una aspirante a concertista de piano hasta que un ataque de nervios destruyó su carrera; luego, sus problemas mentales le dificultaron tener una vida normal hasta que un hombre se casó con ella y le prometió cuidarla. Sin embargo, debido a un incidente en el que una joven estudiante de piano la manipuló, tuvo otro ataque de nervios, tras el cual decidió internarse en el sanatorio. Naoko, por su parte, le cuenta a Toru cómo fue testigo del suicidio de su hermana mayor.
Al regresar a Tokio, Toru se siente desorientado, como si hubiera dejado parte de sí mismo en el mundo tranquilo del sanatorio. Sin embargo, la presencia de Midori lo revitaliza y consuela. Días después de su regreso, Midori lo lleva al hospital donde su padre se está muriendo debido a un cáncer cerebral, y Toru se queda un rato durante la tarde cuidándolo. Pocos días después, el padre de Midori fallece. Por esa época, Nagasawa invita a Toru a cenar con su novia, Hatsumi; durante la cena, la pareja se pelea por la incapacidad de Nagasawa de considerar los sentimientos de Hatsumi.
Toru hace otra visita a la Residencia Amy para ver a Naoko y luego se muda de la residencia universitaria a una pequeña casa con jardín. Como durante las semanas de mudanza Toru se olvida de comunicarse con Midori, esta se enoja y decide no hablarle más. A su vez, Reiko le informa por carta que la condición de Naoko ha empeorado y su familia la ha internado en un hospital psiquiátrico tradicional. Todas estas noticias sumen a Toru en una depresión, aunque poco a poco logra volver a conectarse con el mundo exterior y vuelve a establecer contacto con Midori. En las semanas siguientes, Toru y Midori se declaran su amor, aunque Toru le pide que lo espere, puesto que tiene que resolver su relación con Naoko.
Poco tiempo después, Toru recibe la noticia de que Naoko se ha suicidado. Apesadumbrado, pasa un mes viajando solo y sin rumbo fijo lejos de Tokio. Sin embargo, se siente obligado a regresar y reiniciar su vida. Reiko sale del sanatorio para visitarlo, y juntos celebran un pequeño funeral para Naoko en el que Reiko toca todas las canciones que conoce con la guitarra. Posteriormente, Reiko se acuesta con Toru y, al día siguiente, se marcha para iniciar una nueva vida en Hokkaido. Algún tiempo después, desde algún lugar desconocido, Toru llama a Midori y le dice que la necesita.
