La novela está ambientada en el París, a finales del siglo XIX, en la Ópera Garnier, un edificio lujoso y monumental construido sobre un lago subterráneo entre 1857 y 1874. Los empleados afirman que la ópera está encantada por un fantasma misterioso que provoca muchos accidentes. El fantasma de la ópera chantajea a los dos gerentes de la ópera para que le paguen 20 000 francos al mes y le reserven un palco privado para los conciertos, ya que él compone todas las óperas que se presentan ahí o hace arreglos musicales.
Mientras, la joven diva Christine Daaé (aparentemente inspirada en la diva sueca Christina Nilsson), quien cree estar guiada por un ángel de la música supuestamente enviado por su padre, llega a un éxito repentino en el escenario en cuanto reemplaza a la hasta entonces prima donna Carlotta, que tuvo que ser sustituida dos veces porque cayó en una extraña enfermedad.
En esta versión de la historia, Carlotta es reemplazada debido a que Erik, el fantasma, deja caer un telón de gran tamaño sobre Carlotta y hace que abandone la presentación de esa noche. Christine gana los corazones del público, incluyendo el de su amigo de la infancia, el vizconde Raoul de Chagny.
El fantasma se siente celoso de la relación de Christine con Raoul, y la invita a visitarle en su mundo debajo del edificio. Ella acepta, y en las catacumbas descubre que su "ángel" es en realidad un genio musical deforme que lleva una máscara para ocultar su cara aberrante. Ella grita de terror al contemplar su rostro verdadero, y el fantasma la encierra en su hogar, aceptando liberarla sólo cuando ella prometa que volverá a visitarlo por su propia voluntad.
Christine está dividida entre el amor del joven y encantador vizconde Raoul, y su fascinación con la misteriosamente hermosa música del fantasma. Cuando ella se da cuenta de que su ángel es el mismo fantasma de la ópera responsable de accidentes y asesinatos, ella y Raoul deciden casarse en secreto y escapar de París, fuera del alcance del fantasma.
El fantasma descubre su plan, y durante la interpretación de Christine como Marguerite en la ópera Fausto, de Charles Gounod, deja la ópera a oscuras y la secuestra en pleno escenario. Abajo, en el hogar del fantasma, tiene lugar la última confrontación, entre el fantasma, Christine y Raoul. Allí Christine decidirá qué hacer, si salvar a Raoul dándole un beso al fantasma de la ópera, o no darle el beso y que Raoul muera ahogado.
