Катерина Львовна была по наружности женщиной очень приятной, от роду ей шел двадцать четвертый год. Девушку выдали замуж за богатого купца Измайлова. Семья их состояла из вдового свекра Бориса Тимофеевича, мужа Катерины Зиновия Борисовича и самой Катерины Львовны. Детей у супругов не было. Скука в купеческом доме не раз наводила тоску на женщину, бездетность ее огорчала. Катерина Львовна была женщиной пылкой и привыкла к простоте и свободе. Читать Катерина Измайлова не любила, да и книг в доме почти не было. В течение пяти лет она жила самой скучной жизнью с неласковым мужем, но никто на эту скуку внимания не обращал.
На шестой год замужества Катерины у Измайловых прорвало мельничную плотину, и женщина целыми днями тосковала дома одна. Однажды она обратила внимание на купеческого приказчика Сергея. Он был красив и при знакомстве начал осыпать Катерину Львовну комплиментами. От кухарки Аксиньи Катерина Львовна узнала, что раньше Сергей работал у Копчоновых, и у него был роман с самой хозяйкой.
Сергей приходит к Катерине и говорит, что без любви его жизнь скучна. Приказчик пытается обнять Катерину, но она слабо сопротивляется. Не устояв перед горячими поцелуями, женщина изменяет своему мужу.
Борис Тимофеевич видит приказчика, когда тот спускался по столбу из окна Катерины Львовны. Он отводит Сергея в кладовую и избивает нагайкой. Приказчик даже не застонал, зато половину рукава рубашки изъел зубами. Борис Тимофеевич решает запереть мужчину в кладовой, пока у него не заживет спина. Катерина умоляет свекра выпустить Сергея, на что он злится еще больше и обещает по приезде сына выпороть женщину на конюшне.
Катерина Львовна подсыпает свекру в кашу с грибами крысиную отраву, после чего старик умирает. Все поверили в естественную смерть Бориса Тимофеевича и спешно схоронили. Сергея женщина вызволяет из кладовой и уже ни от кого не скрывает их роман.
Во сне Катерине Измайловой мерещится, что между ними с Сергеем лезет большой кот.
Женщина спрашивает Аксинью, что означает этот сон. Кухарка отвечает, что к ней кто-нибудь прибьется или «еще что-нибудь такое выйдет». Сергей продолжает завоевывать сердце хозяйки, убеждая ее в своей искренней и пылкой любви. Катерина Львовна говорит любимому, что если он когда-нибудь ей изменит, то живая она с ним не расстанется.
Катерине снова снится кот, который на этот раз начинает с ней разговаривать: «Какой же, — говорит, — я кот! С какой стати! Ты это очень умно, Катерина Львовна, рассуждаешь, что совсем я не кот, а я именитый купец Борис Тимофеич». Женщина слышит, как кто-то перелез через ворота и залаяли собаки. Она в спешке прячет Сергея в спальне. Зиновий Борисович подходит к двери, ведущей в супружескую спальню, и прислушивается. Не уловив ни шороха, он решает постучаться.
Муж сообщает, что до него дошли слухи об изменах жены. Катерина вместе с Сергеем бьют Зиновия Борисовича тяжелым литым подсвечником по голове, а потом душат его. Убитого прячут в погребе и уничтожают все следы преступления.
Хватились мужа Катерины Львовны, но все поиски оказались безуспешны. Катерина Измайлова объявляет, что ждет от супруга ребенка, и ее допускают до наследства, прекратив поиски Зиновия Борисовича. Но объявляется еще один наследник — племянник Измайлова Федор Лямин, который оказался небольшим мальчиком и приехал вместе со своей старенькой тетушкой. Сергей начинает жаловаться любимой, что из-за этого мальчика он стал самым несчастным человеком.
Молодая купчиха начинает понимать, что мальчик очень мешает ее предстоящей счастливой жизни с любимым: «Как же это? За что и в самом деле должна я через него лишаться капитала? Сколько я страдала, сколько греха на свою душу приняла, а он без всяких хлопот приехал и отнимает у меня. И добро бы человек, а то дитя, мальчик.»
В праздничный день старушка уходит в церковь, и Катерина Измайлова хладнокровно душит мальчика подушкой.
Убийство наблюдают в щель между ставнями несколько мужчин, и в дом начинает ломиться толпа. Сергей признается во всех убийствах и своей соучастницей называет Катерину. Женщина во всем признается и говорит, что убивала ради любимого. Зиновия Борисовича извлекают из погреба и хоронят. Преступников наказывают плетьми и ссылают на каторгу. Родив ребенка в острожной больнице, Катерина Измайлова отказывается от него.
Ребенка отдают на воспитание сестре Бориса Тимофеевича, так как он считается законным наследником Измайловых. Сергей шел на каторгу в одной партии с хозяйкой, что несказанно обрадовало последнюю. Она дает этапным ундерам деньги ради того, чтобы хоть немного побыть с любимым, поговорить с ним. Сергей это называет глупостью и ведет себя по отношению к Катерине довольно холодно. Вместе с героями в партии идут роскошная женщина Фиона и семнадцатилетняя блондинка Сонетка.
Сергей изменяет Катерине Львовне с Фионой. Обманутая женщина узнает об этом и чувствует, что любит предателя еще больше. Фиона говорит, что никакой любви у них с Сергеем нет, и подтверждают это его ухаживания за Сонеткой. Сергей делает попытку примириться с Катериной и жалуется на холод. Женщина отдает любимому запасные шерстяные чулки.
Катерина Измайлова видит свои чулки на Сонетке. Сергей обнимает и целует новый объект обожания на глазах у всей партии. Катерина Львовна стала предметом насмешек, но Фиона заступается за нее. Когда промокшие под снегом арестанты ожидали парома, Катерина видит в Волге лица убитых ею людей. Схватив Сонетку за ноги, она перекидывается с ней за борт парома. Еще какое-то время обе женщины показываются в волнах, но потом тонут.