Los hermanos Karamazov es una tragedia familiar centrada en un padre y sus hijos. Fiódor, el mayor de los Karamazov, tiene tres hijos: Dimitri, Iván y Aliosha. Iván y Aliosha tienen la misma madre, pero Dimitri, el mayor, tiene una madre diferente. Fiódor es un terrateniente avaricioso, un lascivo maleducado y un padre negligente. Por ello, los hermanos Karamazov acaban convirtiéndose en jóvenes al cuidado de otras personas. Pero todos han vuelto a casa para visitar a su padre, y es la primera vez que están todos juntos desde hace tiempo.
Dimitri tiene una disputa con Fyodor sobre su herencia, y Alyosha, que vive en un monasterio, sugiere que vean al padre Zossima, el mentor de Alyosha. Alyosha cree que el sabio anciano puede resolver la disputa pacíficamente. El padre Zossima es paciente y amable, pero Fyodor y Dmitri acaban discutiendo de todos modos. Después de que Fiódor lleve a los hombres a la frustración, abandonan el monasterio por separado, y Alyosha se preocupa por el futuro de su familia. Alyosha habla con Dmitri, quien le confiesa su complicada situación con las mujeres y el dinero. Dimitri prometió casarse con una chica llamada Katerina, y ella le prestó 3.000 rublos. En lugar de devolvérselo, se lo gastó en otra chica llamada Grushenka. Quiere huir con Grushenka, pero cree que debe devolverle el dinero a Katerina antes de poder hacerlo. Por esta razón está tan interesado en conseguir el dinero de Fyodor.
De vuelta a la casa de Fyodor, Smerdyakov habla con los Karamazov. Smerdyakov es un criado epiléptico que fue adoptado por Grigory y Marfa, los otros criados de Fyodor. Es hijo de una mujer llamada Lizaveta que murió al dar a luz. Era la idiota del pueblo y vivía de la caridad de los demás habitantes. Todo el mundo la llamaba "Lizaveta la apestosa", y cuando el pueblo se enteró de que estaba embarazada, se enfureció contra quien pudiera hacerle algo así a una chica indefensa. Decidieron que Fyodor debía ser el culpable. Grigory y Marfa dieron a luz a un niño deforme, y cuando enterraron al niño, encontraron a Lizaveta, que acababa de dar a luz a Smerdyakov. Adoptaron al niño inmediatamente, y Fyodor le puso el nombre.
El padre Zossima se está muriendo y Alyosha está angustiado. Sin embargo, en lugar de pedirle a Alyosha que se quede con él durante sus últimos días, el padre Zossima le dice que debe abandonar el monasterio para estar con su familia. Su vida se complica aún más cuando una joven lisiada llamada Lise expresa que siente algo por él. Alyosha visita a Katerina, la chica que se ha comprometido a casarse con Dimitri. Iván está enamorado de ella, pero siente que Dimitri es mejor partido para ella. Frustrado y disgustado por la situación de su familia, Iván dice que va a abandonar la ciudad. Alyosha ve que sus compañeros de escuela se meten con un niño y trata de hablar con él, pero éste le muerde la mano y huye. Más tarde, cuando Aliosha le lleva dinero a un hombre llamado Capitán Snegiryov, que ha sido golpeado por Dimitri, reconoce al hijo del hombre. Es Ilusha, el niño que le mordió la mano. La familia es pobre, pero el capitán Snegiryov se niega a aceptar el dinero porque cree que tiene que ganarse el respeto de su hijo después de haber sido humillado por Dimitri, y aceptar la caridad, especialmente de un Karamazov, está fuera de lugar.
Cuando Alyosha vuelve a ver a Katerina, se encuentra con Lise, la hija de Madame Hohlakov. Los dos se dan cuenta de que se aman y deciden casarse. Aliosha va a visitar a Iván y lo encuentra en un restaurante. Iván ha ido allí para alejarse de su padre, y Aliosha se sienta con él para tener una charla íntima. Iván le cuenta a su hermano sus pensamientos sobre Dios y el mundo. Le recita a Alyosha un poema que ha escrito llamado "El gran inquisidor". El poema describe el regreso de Cristo a la tierra en el siglo XVI. La Iglesia lo mete en la cárcel, y El Gran Inquisidor le explica que su presencia es problemática para el mundo. La Iglesia lleva años intentando sustituir la sensación de libertad que Cristo dio al hombre por la seguridad. Habla de lo cruel que es el mundo, especialmente con los niños inocentes.
Después de su comida, Alyosha e Iván se separan, sintiéndose más unidos que nunca. Iván ve a Smerdyakov cuando regresa a la casa de su padre, y Smerdyakov le dice que está preocupado por Fyodor. Le preocupa que Dimitri venga a matarlo y que el anciano no pueda salvarse. Iván se va a dormir muy preocupado.
El padre Zossima está en su lecho de muerte y Alyosha va a visitarlo. El anciano cuenta a los que le rodean lo mucho que Alyosha le recuerda a su hermano mayor, un muchacho que murió cuando él era joven. Habla de su juventud despilfarradora en el ejército. Un día, desafió a otro hombre a un duelo por una chica. Sin embargo, antes del duelo, cambió de opinión. No disparó y, tras el duelo, se retiró del ejército y entró en un monasterio. Habla de lo mucho que le ha afectado la Biblia y dice que todo el mundo debería abrazar al mundo y a las personas que lo componen. Muere. Muchos predijeron que se produciría un milagro tras la muerte del padre Zossima, pero su cuerpo comienza a putrefactarse, llenando el monasterio de un olor horrible. Esto hace que los demás monjes duden de que el padre Zósima fuera el hombre santo que creían. Alyosha está conmocionado por la noticia. Va a ver a Grushenka, que le ha mandado llamar, y ella admite querer "arruinarle". Sin embargo, cuando le dice que el padre Zossima ha muerto, ella se arrepiente de su insensibilidad. Dice que cree que es una persona malvada, y ambos se consuelan mutuamente. Cuando Alyosha se va, tiene una fe renovada en el padre Zossima y en sus enseñanzas, porque Alyosha siente lo maravilloso que es amar y ser amado a cambio.
Mientras tanto, Dimitri se ha desesperado. Quiere estar con Grushenka, pero primero quiere devolverle el favor a Katerina. Emprende una odisea, con la esperanza de poder contar con la caridad de los demás. Visita a un hombre llamado Samsanov, un hombre que solía perseguir a Grushenka, y que odia a Dimitri. Envía a Karamazov a ver a un borracho hosco, engañando a Dimitri para que piense que este hombre puede ser útil. Sin embargo, el hombre es prácticamente incoherente y Dimitri va a buscar a Madame Hohlakov. Ella le dice a Dimitri que la única manera de encontrar 3.000 rublos es en las minas de oro. Confundido, Dimitri llega a la conclusión de que Grushenka ha ido a visitar a su padre, y se dirige furioso a la casa de éste, llevando un mortero de latón. Cuando llega, no encuentra a Grushenka, pero cuando se marcha, Grigory, el criado de su padre, cree que ha venido a asesinar a Fyodor. Los dos se pelean y Dimitri golpea a Grigory en la cabeza con el mazo.
Tras comprobar que el hombre no está muerto, Dimitri huye del lugar y busca a Grushenka. Ella está con Kalganov, un antiguo amante que la había tratado mal. Dimitri decide que no acabará con Grushenka y decide suicidarse tras verla una vez más. Se cuela en su fiesta y se sienta con el caballero amigo de ella y otros hombres. La situación se vuelve tensa, y después de que los caballeros hagan algunos comentarios despectivos sobre los rusos y Dmitri, Grushenka decide que no quiere estar con un hombre tan insultante y vicioso. Decide que ama a Dimitri, y mientras los dos aceptan su amor, la policía llega para arrestarlo por el asesinato de Fyodor. A medida que la policía interroga a Dimitri, queda claro que todos los hechos apoyan la conclusión de que efectivamente asesinó a su padre, aunque no haya cometido el crimen. La noche del crimen estuvo en la escena del mismo, empuñando un arma. Había dicho que mataría a su padre en varias ocasiones. Anunció públicamente que buscaba 3.000 rublos y que estaba desesperado por encontrarlos, y al parecer Fyodor tenía un sobre con 3.000 rublos que fue robado la noche del asesinato. Dmitri se deja llevar, y muy poca gente cree que sea inocente del asesinato de Fyodor.
Mientras tanto, Alyosha visita en el hospital a Ilusha, el niño que le mordió la mano. El chico ha caído bastante enfermo, y Alyosha ha llegado a conocer a muchos de los amigos del chico, que también le visitan. Uno de ellos, Kolya Krassotkin, es un líder entre los chicos. Él e Ilusha eran amigos, pero tuvieron una discusión porque Ilusha le dio de comer un alfiler a un perro, y Kolya no aprobó su crueldad. Cuando Alyosha viene de visita, él y Kolya hablan durante un buen rato. El chico admira a este sabio del que tanto ha oído hablar a los demás chicos, y quiere impresionarle. Los dos se hacen amigos, y Alyosha trata a todos los chicos como iguales. Cuando Kolya entra a ver a Ilusha, le regala un perro. Le revela que el perro no es otro que el que Ilusha le regaló el trozo de pan con un alfiler. Kolya ha curado al perro y lo ha adiestrado completamente como gesto de amistad hacia Ilusha. Sin embargo, el ambiente se empaña cuando los médicos entran a ver a Ilusha. Sin decirlo, todos comprenden que al chico no le queda mucho tiempo. Ilusha es valiente y trata de levantar el ánimo de los que le rodean.
Más tarde, Alyosha visita a su hermano en la cárcel. Dimitri le cuenta a Alyosha que Iván ha urdido un plan para escapar de la cárcel. Alyosha va a hablar con Iván, que se siente extrañamente culpable por la muerte de su padre. Alyosha le dice a su hermano que no debe sentirse responsable de un crimen que no ha cometido, pero Iván se marcha enfadado. Se encuentra con Smerdyakov, que le dice a Iván que cree que el hermano Karamazov es culpable como cómplice del asesinato. Dice que Iván quería a su padre muerto y que se marchó la noche del asesinato para intentar liberarse de la responsabilidad de proteger a su padre. Iván está enfadado y preocupado por esto, y cuando habla con Smerdyakov más tarde, éste admite rotundamente haber matado a Fyodor. Dice que las teorías e ideas de Iván fueron la base de su crimen y que las conversaciones de Iván con Smerdyakov básicamente racionalizaron el acto. Cuando Iván vuelve a casa después de esta reunión, ve a un diablo en su habitación. El diablo lo reprende por ser una persona malvada con debilidades y debilidades que lo han llevado a circunstancias desastrosas. Aliosha golpea la puerta y encuentra a su hermano en un estado febril, murmurando sobre un diablo y Smerdyakov. Alyosha pasa la noche con su hermano para cuidarlo.
Comienza el juicio de Dimitri. Mucha gente de los alrededores acude a ver el espectáculo del juicio por parricidio. Dimitri tiene un excelente abogado, pero es un caso difícil de ganar. La acusación trae muchos testigos que declaran pruebas aparentemente condenatorias contra Dimitri. La defensa, sin embargo, desacredita a uno tras otro de estos testigos, mostrando motivos ocultos o circunstancias atenuantes. Alyosha defiende a su hermano desde el estrado, y Katerina hace un relato conmovedor del carácter honorable de Dimitri. Entonces Iván entra en la sala, agitando dinero e implicando a Smerdyakov. Como grita tonterías, interrumpe el juicio y, en general, se comporta como un loco, el tribunal no le cree. De repente, al final del juicio, Katerina se levanta de nuevo, mostrando una carta de Dimitri en la que se indica claramente la intención de éste de matar a Fyodor como último recurso. Ella cambia de opinión y ya no quiere mentir para proteger a un hombre que le ha hecho tanto daño. Llega a la sala la noticia de que Smerdyakov se ha ahorcado. Tras las últimas declaraciones, el veredicto es: culpable. Dimitri es condenado a la cárcel y agradece esta oportunidad de convertirse en un hombre nuevo, pero no quiere estar exiliado en Siberia el resto de su vida; quiere volver a su país natal antes de morir.
Iván sigue enfermo y Katerina se ocupa de él. Aliosha visita a los chicos con los que se ha hecho amigo. Están tristes porque Ilusha ha muerto. Alyosha les transmite las enseñanzas del padre Zossima sobre el amor y la comprensión, y todos abrazan sus palabras, animándole.
