Dans les années 1880, à Paris, l’Opéra du Palais Garnier serait hanté par une entité connue sous le nom de Fantôme de l’Opéra, ou simplement l’Opéra Fantôme. Un machiniste nommé Joseph Buquet est retrouvé pendu, le nœud autour de son cou manquant.
Lors d’une représentation de gala pour la retraite des deux gérants de l’opéra, une jeune soprano suédoise peu connue, Christine Daaé, est appelée à chanter à la place de la soprano leader de l’Opéra, Carlotta, qui est malade, et la performance de Christine sont un succès étonnant. Le vicomte Raoul de Chagny, qui était présent à la représentation, la reconnaît comme sa camarade de jeu d’enfance et lui rappelle son amour pour elle. Il tente de lui rendre visite dans les coulisses, où il entend un homme la complimenter de l’intérieur de sa loge. Il fouille la pièce une fois que Christine est partie, pour la trouver vide.
À Perros-Guirec, Christine rencontre Raoul, qui la confronte à propos de la voix qu’il a entendue dans sa chambre. Christine lui dit qu’elle a été encadrée par l’Ange de la Musique, dont son père leur parlait. Quand Raoul suggère qu’elle pourrait être victime d’une farce, elle prend la fuite. Christine visite la tombe de son père une nuit, où une figure mystérieuse apparaît et joue du violon pour elle. Raoul tente de l’affronter mais est attaqué et assommé dans le processus.
De retour au Palais Garnier, les nouveaux gérants reçoivent une lettre du Fantôme exigeant qu’ils autorisent Christine à jouer le rôle principal de Marguerite dans Faust, et que la boîte 5 soit laissée vide pour son usage, de peur qu’ils ne se produisent dans une maison avec une malédiction. ses demandes sont une farce et les ignorer, ce qui entraîne des conséquences désastreuses, car Carlotta finit par croasser comme un crapaud, et le lustre tombe soudainement dans le public, tuant un spectateur. Le Fantôme, ayant enlevé Christine de sa loge, se révèle comme un homme déformé appelé Erik.
Erik a l’intention de garder sa prisonnière dans son antre avec lui pendant quelques jours. Pourtant, elle le fait changer ses plans lorsqu’elle le démasque et, à la grande horreur des deux, voit son visage sans nez et aux yeux enfoncés, qui ressemble à un crâne desséché par les siècles. Craignant qu’elle ne le quitte, il décide de la retenir définitivement, mais lorsque Christine demande sa libération au bout de deux semaines, il accepte à condition qu’elle porte sa bague et lui soit fidèle.
Sur le toit de à l’Opéra, Christine raconte à Raoul son enlèvement et fait promettre à Raoul de l’emmener dans un endroit où Erik ne pourra jamais la retrouver, même si elle résiste. Raoul dit à Christine qu’il tiendra sa promesse le lendemain, ce à quoi elle accepte. Cependant, Christine sympathise avec Erik et décide de chanter pour lui une dernière fois pour lui dire au revoir. À l’insu de Christine et Raoul, Erik les a regardés et a entendu toute leur conversation.
La nuit suivante, Erik enragé et jaloux enlève Christine pendant une production de Faust et tente de la forcer à l’épouser. Raoul est dirigé par un mystérieux habitué de l’Opéra connu uniquement sous le nom de « Le Persan » dans le repaire secret d’Erik, au fond des entrailles de l’Opéra. Pourtant, ils se retrouvent piégés dans une salle en miroir par Erik, qui menace cela à moins que Christine n’accepte l’épouser, il les tuera ainsi que tout le monde à l’Opéra en utilisant des explosifs.
Christine accepte d’épouser Erik. Erik essaie d’abord de noyer Raoul et le Persan, en utilisant l’eau qui aurait servi à asperger les explosifs. Pourtant, Christine supplie et propose d’être son «épouse vivante», lui promettant de ne pas se suicider après être devenue son épouse, car elle venait de tenter de se suicider. Erik finit par libérer Raoul et le Persan de sa chambre de torture.
Quand Erik est seul avec Christine, il soulève son masque pour l’embrasser sur le front et reçoit finalement un baiser. Erik révèle qu’il n’a jamais embrassé personne, y compris sa propre mère, qui s’enfuirait s’il un jour a essayé de l’embrasser. Il est submergé d’émotion. Lui et Christine alors pleurent ensemble, et leurs larmes «se mélangent». Elle lui tient également la main et dit: «Pauvre, malheureux Erik», ce qui le réduit à «un chien prêt à mourir pour elle».
Il autorise le persan et Raoul de s’échapper, mais pas avant d’avoir promis à Christine qu’elle lui rendra visite le jour de sa mort et lui rendra la bague en or qu’il lui a donnée. Il fait également la promesse persane qu’après, il ira au journal et rapportera sa mort, car il mourra bientôt « d’amour ».
En effet, quelque temps plus tard, Christine retourne dans l’antre d’Erik, et à sa demande, l’enterre quelque part où il ne sera jamais retrouvé, et lui rend la bague en or. Ensuite, un journal local publie la simple note: « Erik est mort. » Christine et Raoul s’enfuient ensemble, pour ne jamais revenir.
L’épilogue rassemble des morceaux de la vie d’Erik, des informations que « le narrateur » a obtenues du persan. Il est révélé qu’Erik était le fils d’un propriétaire d’entreprise de construction, déformé à la naissance.Il s’est enfui de sa Normandie natale pour travailler dans des foires et des caravanes, s’instruisant dans les arts du cirque à travers l’Europe et l’Asie, et finalement construire des palais de tromperie en Perse et en Turquie. Finalement, il est revenu en France et a lancé sa propre entreprise de construction. Après avoir été sous-traité pour travailler sur les fondations du Palais Garnier, Erik s’était discrètement construit un repaire pour disparaître, avec des passages cachés et autres astuces qui lui permettaient d’espionner les gérants.