Na década de 1880, em Paris, acredita-se que o Palais Garnier Opera House seja assombrado por uma entidade conhecida como o Fantasma da Ópera, ou simplesmente o Fantasma da Ópera. Um ajudante de palco chamado Joseph Buquet é encontrado enforcado, sem o laço em seu pescoço.
Em uma apresentação de gala para a aposentadoria dos dois gerentes da ópera, uma jovem soprano sueca, pouco conhecida, Christine Daaé, é chamada para cantar no lugar do soprano principal da Ópera, Carlotta, que está doente, e o desempenho de Christine são um sucesso surpreendente. O visconde Raoul de Chagny, que esteve presente na apresentação, a reconhece como sua companheira de jogos de infância e relembra seu amor por ela. Ele tenta visitá-la nos bastidores, onde ouve um homem cumprimentando-a de dentro de seu camarim. Ele investiga o quarto assim que Christine sai, apenas para encontrá-lo vazio.
Em Perros-Guirec, Christine se encontra com Raoul, que a confronta sobre a voz que ouviu em seu quarto. Christine diz a ele que foi ensinada pelo Anjo da Música, de quem seu pai costumava falar. Quando Raoul sugere que ela pode ser vítima de uma pegadinha, ela sai furiosa. Christine visita o túmulo de seu pai uma noite, onde uma figura misteriosa aparece e toca violino para ela. Raoul tenta enfrentá-lo, mas é atacado e nocauteado no processo.
De volta ao Palais Garnier, os novos gerentes recebem uma carta do Fantasma exigindo que eles permitam que Christine desempenhe o papel principal de Marguerite em Fausto, e que a Caixa 5 seja deixada vazia para seu uso, para que não atuem em uma casa com uma maldição. Os gerentes assumem suas demandas são uma brincadeira e as ignoram, resultando em consequências desastrosas, pois Carlotta acaba coaxando como um sapo, e o lustre cai repentinamente na platéia, matando um espectador. O Fantasma, tendo sequestrado Christine de seu camarim, se revela como um homem deformado chamado Erik.
Erik pretende mantê-la prisioneira em seu covil com ele por alguns dias. Mesmo assim, ela o faz mudar de planos quando o desmascara e, para horror de ambos, contempla seu rosto sem nariz e olhos fundos, que se assemelha um crânio seco com os séculos. Temendo que ela o deixasse, ele decide segurá-la permanentemente, mas quando Christine pede soltura após duas semanas, ele concorda com a condição de que ela use seu anel e seja fiel a ele.
No telhado de Na Ópera, Christine conta a Raoul sobre seu sequestro e faz Raoul prometer levá-la para um lugar onde Erik nunca possa encontrá-la, mesmo que ela resista. Raoul diz a Christine que cumprirá sua promessa no dia seguinte, com a qual ela concorda. No entanto, Christine simpatiza com Erik e decide cantar para ele pela última vez como forma de se despedir. Sem o conhecimento de Christine e Raoul, Erik os observou e ouviu toda a conversa.
Na noite seguinte, o enfurecido e ciumento Erik sequestra Christine durante uma produção de Fausto e tenta forçá-la a se casar com ele. Raoul é conduzido por um misterioso regular da Opera conhecido apenas como “O Persa” até o covil secreto de Erik nas entranhas da Ópera. Ainda assim, eles acabam presos em uma sala espelhada por Erik, que ameaça que, a menos que Christine concorde se casar com ele, ele os matará e a todos na Ópera usando explosivos.
Christine concorda em se casar com Erik. Erik inicialmente tenta afogar Raoul e o persa, usando a água que teria sido usada para apagar os explosivos. Ainda assim, Christine implora e se oferece para ser sua “noiva viva”, prometendo-lhe não se matar depois de se tornar sua noiva, pois ela tinha acabado de tentar o suicídio. Erik finalmente liberta Raoul e o persa de sua câmara de tortura.
Quando Erik está sozinho com Christine, ele levanta a máscara para beijá-la na testa e, eventualmente, recebe um beijo de volta. Erik revela que nunca beijou ninguém, incluindo sua própria mãe, que fugiria se ele um dia tentou beijá-la. Ele fica emocionado. Ele e Christine então choram juntos, e suas lágrimas “se misturam”. Ela também segura a mão dele e diz: “Pobre, infeliz Erik”, o que o reduz a “um cachorro pronto para morrer por ela”.
Ele permite o persa e Raoul para escapar, embora não antes de fazer Christine prometer que ela irá visitá-lo no dia de sua morte e devolver o anel de ouro que ele lhe deu. Ele também faz a promessa persa de que depois disso irá ao jornal e relatará sua morte, já que morrerá logo “de amor”.
De fato, algum tempo depois, Christine retorna ao covil de Erik, e, a seu pedido, enterra-o em algum lugar onde nunca será encontrado e devolve o anel de ouro. Depois, um jornal local publica uma nota simples: “Erik está morto.” Christine e Raoul fogem juntos, para nunca mais voltar.
O epílogo junta pedaços da vida de Erik, informações que “o narrador” obteve do persa. É revelado que Erik era filho de um empresário de construção, deformado ao nascer.Ele fugiu de sua Normandia natal para trabalhar em feiras e caravanas, estudando artes circenses na Europa e na Ásia e, finalmente, construindo palácios de truques na Pérsia e na Turquia. Eventualmente, ele voltou para a França e começou seu próprio negócio de construção. Depois de ser subcontratado para trabalhar nas fundações do Palais Garnier, Erik discretamente construiu para si mesmo um covil para desaparecer, completo com passagens ocultas e outros truques que lhe permitiam espionar os administradores.