Las penas del joven Werther se presenta como una colección de epístolas escritas por Werther, un joven artista de temperamento sensible y enamorado, que se las enviaba a su amigo Guillermo. En estas cartas, Werther revela datos íntimos de su estancia en el pueblo ficticio de Wahlheim (basado en la ciudad de Garbenheim), donde queda encantado por las tradiciones simples de los campesinos. Werther huye de la banalidad y la incomprensión de su ciudad natal cuando llega a Wahlheim, en un baile conoce y se enamora de Lotte (forma hipocorística de Charlotte —Carlota en español—), una hermosa joven que cuida de sus siete hermanos menores después de la muerte de su madre. Desafortunadamente, Lotte ya está comprometida con Albert, un hombre once años mayor que ella. Werther cultiva una amistad íntima con Albert y Charlotte a pesar de la pena que esta relación le produce, pena que finalmente lleva a Werther a abandonar Wahlheim para dirigirse a Weimar intentando olvidar a Lotte. Allí conoce a Fräulein von B. Werther sufre una gran pena al enterarse de la boda de Lotte y Albert.
Tiempo después regresa a Wahlheim, donde sufre más que nunca, ya que Albert y Lotte están casados. Cada día que pasa le recuerda que Lotte nunca podrá corresponder su amor. Con pena por Werther y respeto por su esposo, Lotte decide que Werther no debe visitarla tan frecuentemente. Él la visita por última vez y después de recitar un pasaje de Ossian, ambos se besan, Lotte se encierra en una habitación y pide a Werther que se vaya. Werther sabía, antes de este incidente, que uno de ellos — Albert, Lotte o Werther— tenía que morir. Incapaz de hacerle daño a otro ser, Werther no ve más opción que el suicidio.
Lotte ante la tumba de WertherDespués de escribir una carta de despedida (para que fuera encontrada después de su muerte), le escribe a Albert pidiéndole dos pistolas con la excusa de que las necesitaba para un viaje. Albert recibe esta petición en presencia de Lotte, a quien le pide que le mande las pistolas, a lo cual ella accede aunque temblando, pues sabe que Werther es capaz de suicidarse. Luego, Werther se quita la vida en el momento en el que suenan las campanas de medianoche en Wahlheim.
Tras el disparo, su criado encuentra su cuerpo moribundo que tardará varias horas en morir. Será sepultado a las afueras del cementerio, pues según la tradición los suicidas no merecen ser enterrados en un camposanto. Será su amigo Guillermo quien narre el último tramo de la historia al final del libro.
