Le récit s'ouvre sur l'arrivée de Charles Bovary au collège de Rouen, scène inaugurale dominée par sa casquette grotesque, symbole de sa gaucherie sociale indélébile. Fils d'un père fanfaron et d'une mère possessive, Charles mène des études médiocres avant de devenir officier de santé — un statut inférieur à celui de médecin. Après un premier mariage arrangé avec une veuve acariâtre qui meurt opportunément, il rencontre Emma Rouault aux Bertaux, ferme où il soigne la jambe cassée du père.

Emma fascine Charles par ses mains blanches, ses manières raffinées et son regard rêveur. Elle a été élevée au couvent, où les lectures clandestines de romans sentimentaux ont nourri son imagination de châteaux, de passions et de héros byroniens. Le mariage a lieu dans l'allégresse rustique : Flaubert décrit avec ironie les quarante-trois convives et le gâteau de noces prétentieux.

Installée à Tostes, Emma découvre très vite la platitude de la vie conjugale. Charles est heureux, ne « se doute de rien » ; Emma s'ennuie mortellement. La conversation de son mari est « plate comme un trottoir de rue ». Elle compare sa vie aux romans qu'elle a lus et constate amèrement l'écart.

L'invitation au bal du marquis d'Andervilliers à la Vaubyessard constitue le point de bascule. Pendant une soirée, Emma entrevoit le monde aristocratique : le luxe des candélabres, le raffinement des mets, la valse avec un vicomte. Le retour à Tostes est un choc. Elle conserve un porte-cigares vert qu'elle caresse comme une relique. Sa mélancolie devient pathologique : elle néglige sa maison, puis s'exalte, tombe malade. Charles, inquiet, décide de déménager à Yonville-l'Abbaye. Emma attend un enfant.

Yonville-l'Abbaye est un bourg figé, symbole de l'immobilisme provincial. Flaubert ouvre cette partie par une description minutieuse du village, de son église sans caractère et de ses habitants. À l'auberge du Lion d'Or, le couple rencontre les notables : M. Homais, pharmacien voltairien et bavard, incarnation de la bêtise satisfaite ; Binet, le percepteur monomaniaque ; et Léon Dupuis, jeune clerc de notaire.

Entre Emma et Léon naît une complicité faite de lieux communs romantiques : ils parlent de la mer qu'ils n'ont jamais vue, de musique, de lectures. C'est un amour platonique, frustré par la timidité de Léon qui finit par partir pour Paris sans s'être déclaré. Emma sombre dans une nouvelle dépression.

L'arrivée de Rodolphe Boulanger, châtelain libertin, relance l'intrigue. Rodolphe repère immédiatement Emma comme une proie facile. La scène des Comices Agricoles est un chef-d'œuvre d'ironie : Flaubert alterne les déclarations enflammées de Rodolphe et les discours officiels sur les engrais et les prix du meilleur fumier. La satire est dévastatrice.

Emma devient la maîtresse de Rodolphe. Elle vit cette liaison comme la réalisation de ses rêves romanesques : « Elle se répétait : J'ai un amant ! un amant ! » Elle s'endette auprès de Lheureux, marchand de nouveautés et usurier retors, pour acheter des étoffes, des bijoux, des cadeaux. Elle projette de fuir avec Rodolphe en Italie. Mais ce dernier, effrayé par tant d'exaltation, l'abandonne lâchement par une lettre hypocrite le jour même du départ prévu. Emma manque d'en mourir. Une fièvre cérébrale la cloue au lit pendant des mois.

Pour la distraire, Charles l'emmène à l'opéra de Rouen voir Lucie de Lammermoor. Emma s'identifie à l'héroïne. Dans la foule, ils recroisent Léon, devenu clerc chez un notaire rouennais.

Emma et Léon renouent. Leur liaison s'épanouit lors des « leçons de piano » prétextes à des rendez-vous clandestins à Rouen. La scène du fiacre, où la voiture erre toutes vitres closes à travers la ville, scandalisait la morale de l'époque : Flaubert suggère l'acte charnel sans le décrire, par le seul mouvement erratique du véhicule dont on voit sortir une « main nue » jetant des morceaux de papier.

Emma mène désormais une double vie. Elle ment à Charles, invente des excuses, signe des billets à ordre. Lheureux la tient dans ses filets : il lui fait signer des reconnaissances de dettes, rachète ses créances, la piège méthodiquement. Léon, au départ éperdument amoureux, se lasse des exigences croissantes d'Emma. Il aspire à une vie rangée.

L'étau financier se resserre. Lheureux exige le remboursement immédiat de huit mille francs. Un huissier vient saisir les meubles. Emma, paniquée, court partout chercher de l'argent. Elle supplie Léon, qui refuse ; le notaire Guillaumin, qui demande des faveurs sexuelles en échange ; Binet, qui reste stupéfait ; et enfin Rodolphe, qui prétend ne pas avoir la somme.

Acculée, humiliée, refusant la réalité de sa ruine, Emma se précipite chez Homais, s'introduit dans le capharnaüm où Justin, l'apprenti amoureux d'elle, lui ouvre la porte. Elle avale une poignée d'arsenic.

L'agonie est longue, atroce, décrite avec un réalisme clinique effrayant. Les convulsions, les vomissements noirs, l'odeur cadavérique : Flaubert détruit toute possibilité de mort romantique. Le chant grivois de l'Aveugle, mendiant hideux qui ponctue le roman comme une figure de la mort, accompagne ses derniers instants. Elle meurt en entendant : « Souvent la chaleur d'un beau jour / Fait rêver fillette à l'amour. »

Charles, effondré, découvre les lettres des amants mais continue d'aimer Emma. Il meurt de chagrin peu après, murmurant : « C'est la faute de la fatalité ! » Leur fille Berthe, orpheline sans le sou, est recueillie par une tante pauvre et envoyée travailler dans une filature de coton. Le roman se clôt sur le triomphe d'Homais, promu chevalier de la Légion d'honneur.