楚州（今江蘇淮安）窮苦書生竇天章家境貧寒，終日苦讀以求取功名。一日，家中因無米下鍋，他借了蔡婆婆二十兩紋銀，第二年連本帶息合為四十兩，竇天章無力償還。竇天章有一七歲的女兒，名叫端雲，生得俏麗可愛，蔡婆婆很喜歡她。竇天章為了還債和籌措上京應試的旅費，隻好同意將女兒端雲送給蔡婆婆做童養媳。
竇天章走後，蔡婆婆待端雲也如親生女兒一般，並改了小名，起名為竇娥。竇娥十七歲時與蔡婆婆的兒子結婚，可惜不到兩年，丈夫得病去世，竇娥成了寡婦。婆媳倆從此相依為命。竇娥的賢惠孝順在鄰居間傳為美談。
一日，蔡婆婆向城南開藥店的賽盧醫要債。這賽盧醫乃江湖庸醫，一直靠行騙為生。賽盧正要對蔡婆婆下毒手時，被路過的張驢兒父子撞見。蔡婆婆被救下，賽盧醫逃走。這張驢兒乃楚州的流氓，當他得知蔡婆婆家隻有她們婆媳二人時，便要她們婆媳配與他們父子。蔡婆婆沒有同意，張驢兒便要用繩索勒死蔡婆婆，以相威脅。為了保全性命，蔡婆婆隻得將張驢兒父子帶回了家。竇娥得知情況後，反對婆婆的承諾，堅決不同意嫁給張驢兒。而張驢兒見竇娥年輕貌美，便下了決心一定要得到竇娥。
一日，蔡婆婆生病，張驢兒以把柄在手威脅賣藥的賽盧醫，賣給他毒藥，企圖用毒藥毒死蔡婆婆，使竇娥失去了依靠，答應嫁給他。哪知恰好蔡婆婆作嘔難受，讓張驢兒的父親吃了那藥。老頭兒當場，便一命嗚呼了。張驢兒當即誣賴是竇娥毒死其父，並以竇娥答應嫁給他作為不告官的條件。竇娥認為自己是清白的，寧願見官，也不屈服張驢兒的要挾。
沒有想到的是，楚州太守桃杌竟是個昏官，他隻聽張驢兒巧辯之詞，認定竇娥有謀害之罪，對竇娥實行嚴刑逼供，又下令拷打蔡婆婆。竇娥不忍婆婆為她受皮肉之苦，隻好屈招，因而被定為死罪，第二天斬首。在押赴刑場的路上，竇娥痛感滿腹冤屈無處申訴，她指天罵地，控訴自己深重的冤情和世道的不公正。她請求監斬官帶她走後街，怕前街的婆婆見了傷心。不料婆婆前來送行，她又再三叮囑婆婆多保重。臨刑時她對天發誓：我死後，一、血濺白練；二、六月降雪；三、三年大旱。果然，這三樁誓願刑後一一應驗，上天也證明了竇娥的冤屈。
竇娥的父親竇天章功成名就做了官，四處打聽竇娥的下落。竇娥托夢給父親，痛訴冤情。竇天章立即替女兒主持公道，此案得到複審，張驢兒巧言難辯。沉冤得雪，張驢兒得到了應有的懲罰，竇娥冤屈終於真相大白。