Η ιστορία ξεκινάει μια υπέροχη καλοκαιρινή μέρα με τον Λόρδο Χένρυ Γουότον, έναν πολύ ισχυρογνώμονα άνδρα, να παρατηρεί τον ευαίσθητο καλλιτέχνη Μπάζιλ Χόλγουορντ καθώς ζωγραφίζει το πορτραίτο του Ντόριαν Γκρέυ, ενός πολύ όμορφου νεαρού και μούσας του καλλιτέχνη. Ακούγοντας την κοσμοθεωρία του Λόρδου Χένρυ, ο Ντόριαν αρχίζει να θεωρεί ότι η Ομορφιά είναι η μόνη αξιόλογη πλευρά της ζωής. Εύχεται το έργο που φιλοτέχνησε ο Μπάζιλ να γεράσει κι αυτός να μείνει για πάντα νέος. Υπό την καθοδήγηση και επίβλεψη του Λόρδου Χένρυ, ο οποίος απολαμβάνει τον ηδονιστικό τρόπο ζωής και είναι φανατικός υπέρμαχός του, ο Ντόριαν ξεκινά να αναζητά τις αισθήσεις του. Ανακαλύπτει την εκπληκτική ηθοποιό Σίβυλλα Βέιν (Sibyl Vane), η οποία συμμετέχει σε έργα του Σαίξπηρ σε ένα βρομερό υπόγειο θέατρο. Ο Ντόριαν την πλησιάζει και σύντομα τη ζητάει σε γάμο. Η Σίβυλλα, η οποία τον αποκαλεί χαϊδευτικά «Μαγεμένο Βασιλόπουλο», πλέει σε πελάγη ευτυχίας· ο υπερ-προστατευτικός αδελφός της Τζέημς Βέιν (James Vane) όμως, την προσγειώνει απότομα: αν την πειράξει το «Μαγεμένο Βασιλόπουλό» της, δηλώνει χωρίς περιστροφές, θα τον σκοτώσει.

Ο Ντόριαν προσκαλεί τους δύο φίλους του στο θέατρο για να παρακολουθήσουν τη Σίβυλλα στον ρόλο της Ιουλιέτας, στο Ρωμαίος και Ιουλιέτα του Σαίξπηρ (William Shakespeare, 1564 - 1616). Η Σίβυλλα, της οποίας η μόνη γνώση για τον έρωτα ήταν ο ψεύτικος έρωτας του θεάτρου, παραμερίζει την υποκριτική της καριέρα για να ζήσει την αληθινή αγάπη που βρήκε στο πρόσωπο του Ντόριαν. Αηδιασμένος, ο Ντόριαν την εγκαταλείπει, λέγοντάς της ότι η γοητεία της βρισκόταν στο παίξιμό της, και ότι πλέον δεν τον ενδιαφέρει καθόλου. Μόλις επιστρέφει σπίτι, βλέπει ότι ο πίνακας έχει αλλάξει. Ο Ντόριαν συνειδητοποιεί ότι η ευχή του πραγματοποιήθηκε - το πορτραίτο πλέον κάνει έναν διακριτικό περιφρονητικό μορφασμό και θα γερνάει με κάθε αμαρτία που διαπράττει ο Ντόριαν, ενώ η δική του εμφάνιση θα παραμένει απαράλλακτη.

Όταν αποφασίζει να επιστρέψει στη Σίβυλλα, ο Λόρδος Χένρυ τον ενημερώνει ότι είναι πλέον αργά· η Σίβυλλα έχει αυτοκτονήσει πίνοντας υδροκυάνιο. Αυτό κάνει τον Ντόριαν να συνειδητοποιήσει ότι ο μόνος σκοπός στη ζωή του, και συνάμα η μοναδική του κατεύθυνση, είναι η ικανοποίηση των σαρκικών επιθυμιών του και η ανακάλυψη των αισθήσεων. Τα επόμενα 18 χρόνια θα γευτεί κάθε απαγορευμένο καρπό και θα πειραματιστεί με κάθε διαστροφή, κυρίως υπό την επίδραση ενός γαλλικού «δηλητηριώδους» decadent βιβλίου, δώρο του Λόρδου Χένρυ. Στο μυθιστόρημα δεν αποκαλύπτεται ποτέ ο τίτλος του βιβλίου, στις δίκες του Ουάιλντ όμως ο συγγραφέας παραδέχεται πως όταν το έγραφε είχε στο μυαλό του το περιβόητο À rebours (Ενάντια στη φύση, 1884) του Γάλλου συγγραφέα Ζορίς-Καρλ Υσμάν (Joris-Karl Huysmans, 1848 - 1907).

Το βράδυ πριν αναχωρήσει για το Παρίσι, ο Μπάζιλ φτάνει στο σπίτι του Ντόριαν για να τον ρωτήσει για τις φήμες σχετικά με την πολυτελή ζωή του. Ο Ντόριαν δεν αρνείται τις κατηγορίες για τον έκλυτο βίο του. Πηγαίνει τον Μπάζιλ να δει το πορτραίτο, το οποίο είναι τόσο απαίσιο όσο και οι αμαρτίες που κουβαλά. Εν βρασμώ ψυχής, ο Ντόριαν κατηγορεί τον Μπάζιλ για τη μοίρα του και τον μαχαιρώνει θανάσιμα. Στη συνέχεια, εκβιάζει έναν παλιό του φίλο, τον Άλαν Κάμπελ (Alan Campbell), χημικό, να εξαφανίσει το πτώμα. Στην προσπάθειά του να ξεφύγει από τις ερινύες, ο Ντόριαν καταφεύγει σε ένα οπιοποτείο. Ο Τζέημς Βέιν βρίσκεται εκεί, ακούει να αποκαλούν τον Ντόριαν «Μαγεμένο Βασιλόπουλο» και καταλαβαίνει ότι αυτός ο άνδρας είναι υπαίτιος για τον θάνατο της αδελφής του. Ο Ντόριαν όμως, κι ενώ ο Τζέημς τον κρατάει υπό την απειλή όπλου, τον ξεγελάει λέγοντάς του ότι είναι πολύ μικρός για να έχει εμπλακεί με την αδελφή του, 18 χρόνια πριν. Σαστισμένος και σχεδόν φοβισμένος για αυτό που θα έκανε, ο Τζέημς τον αφήνει να φύγει· αμέσως τον πλησιάζει μία γυναίκα από το οπιοποτείο, η οποία του αποκαλύπτει ότι ο Ντόριαν δεν έχει γεράσει ούτε μία μέρα τα τελευταία 18 χρόνια. Ο Τζέημς τον κυνηγάει, αλλά ο τελευταίος έχει ήδη εξαφανιστεί στην πυκνή ομίχλη.

Μήνες αργότερα, στη διάρκεια ενός δείπνου στο εξοχικό του στο Σέλμπυ Ρόγιαλ, ο Ντόριαν βλέπει τον Τζέημς να τον παρακολουθεί έξω από το παράθυρο και, φοβούμενος για τη ζωή του, κρύβεται στο δωμάτιό του. Ύστερα από μερικές ημέρες, και ενώ οι καλεσμένοι διασκεδάζουν σε ένα φιλικό παιχνίδι κυνηγιού, ένας από τους κυνηγούς πυροβολεί και σκοτώνει κατά λάθος τον Τζέημς. Μετά την επιστροφή του στο Λονδίνο, ο Ντόριαν εκμυστηρεύεται στον Λόρδο Χένρυ την πρόθεσή του να είναι καλός στο εξής, και η πρώτη του ενέργεια είναι να μην ραγίσει την καρδιά της τελευταίας αθώας κατάκτησής του, της Χέτυ Μέρτον (Hetty Merton). Στην απορία του αν το πορτραίτο έχει αρχίσει να επιστρέφει στην αρχική του κατάσταση τώρα που εγκατέλειψε την ανήθικη ζωή του, η απάντηση είναι αποκαλυπτική: ο πίνακας έχει χειροτερέψει. Μόνο τότε ο Ντόριαν αντιλαμβάνεται ότι η νεόκοπη αυτή ιδεολογία του κρύβει σκοτεινά κίνητρα πίσω της· η «θυσία» του δεν είναι τίποτα άλλο παρά συγκαλυμμένη ματαιοδοξία, περιέργεια και αναζήτηση νέων συναισθηματικών εμπειριών.

Πεπεισμένος ότι μόνο η αληθινή μετάνοια θα τον λυτρώσει, αποφασίζει να καταστρέψει και το τελευταίο ίχνος της συνείδησής του. Εν βρασμώ ψυχής, μπήγει το μαχαίρι που είχε χρησιμοποιήσει για να σκοτώσει τον Μπάζιλ Χόλγουορντ στον πίνακα. Οι υπηρέτες του Ντόριαν ξυπνούν από μία κραυγή από το κλειδωμένο δωμάτιο, και οι περαστικοί ειδοποιούν την αστυνομία. Μπαίνοντας στο δωμάτιο, βρίσκουν το πτώμα του Ντόριαν μαχαιρωμένο στην καρδιά, γερασμένο, μαραζωμένο και άθλιο. Μόνο χάρις στα δαχτυλίδια που φοράει καταφέρνουν να ανακαλύψουν την ταυτότητά του. Μπροστά στο ρυτιδιασμένο σώμα του νεκρού, η φιγούρα στο πορτραίτο στέκει νεαρή και υπέροχη, όπως την είχε φιλοτεχνήσει ο ζωγράφος.