Ở nơi biển sâu nhất, nước xanh như cánh hoa thanh cúc, có lâu đài của vua biển. Tường bằng san hô, mái lợp vỏ trai ngậm ngọc. Vua biển có sáu nàng công chúa, do bà nội hiền từ nuôi dạy. Nàng út xinh đẹp nhất, da mịn như cánh hồng, mắt xanh như biển sâu. Nàng ít nói, hay ngồi trong mảnh vườn nhỏ trồng hoa đỏ như mặt trời, bên bức tượng một cậu bé bằng đá trắng rơi xuống từ một con tàu đắm. Nàng thích nhất là nghe bà kể về thế giới loài người ở trên kia.
Bà nội dặn: “Tròn mười lăm tuổi, các cháu mới được ngoi lên mặt biển.” Cuối cùng cũng đến ngày nàng tròn mười lăm. Nàng nhẹ nhàng như bong bóng nổi lên mặt nước lúc mặt trời vừa lặn. Trước mặt nàng là một con tàu lớn treo đèn rực rỡ. Trên boong có một chàng hoàng tử trẻ, mắt đen láy, hôm ấy là sinh nhật của chàng. Nàng tiên cá cứ nhìn mãi, không rời mắt.
Đến nửa đêm, trời bỗng tối sầm. Con tàu nghiêng ngả, cột buồm gãy rắc, rồi chìm dần xuống biển. Nàng tiên cá thấy hoàng tử rơi xuống làn nước lạnh. Nàng vội bơi tới, đỡ lấy chàng, giữ cho đầu chàng nhô trên mặt nước. Suốt đêm, nàng ôm chàng mặc cho sóng đưa đi. Sáng ra, trời yên biển lặng, nàng đưa chàng vào một bãi cát trắng, gần một ngôi nhà lớn có tường trắng và vườn chanh. Nàng hôn lên vầng trán chàng, mong chàng tỉnh lại.
Có tiếng chuông ngân, một nhóm thiếu nữ từ ngôi nhà trắng bước ra. Nàng tiên cá vội nấp sau một tảng đá. Một cô gái trẻ đi ra bờ biển, thấy hoàng tử nằm trên cát thì hốt hoảng gọi người đến. Hoàng tử tỉnh lại, mỉm cười với những người quanh mình. Chàng không biết rằng người đã cứu mình suốt đêm là nàng tiên cá. Nàng tiên cá buồn bã lặn xuống biển, về lại lâu đài của cha.
Từ hôm đó, nàng út càng lặng lẽ. Nàng hỏi bà: “Loài người có sống mãi không bà?” Bà đáp: “Người ta sống ngắn hơn chúng ta. Họ tiên cá chúng ta sống được ba trăm năm, rồi hoá thành bọt biển. Nhưng con người có một linh hồn, khi đời họ khép lại, linh hồn ấy bay lên những vì sao, sống mãi mãi.” Nàng hỏi: “Làm sao để cháu có linh hồn như thế?” Bà bảo: “Chỉ khi có một người thương cháu hơn cả cha mẹ, cưới cháu làm vợ, thì linh hồn người ấy mới chia cho cháu.”
Nàng út quyết tìm đến mụ phù thuỷ biển. Mụ bảo: “Ta sẽ cho cô một liều thuốc, uống vào thì đuôi cá tách thành đôi chân. Nhưng mỗi bước đi, cô sẽ đau như dẫm lên mũi dao. Và nếu hoàng tử cưới người khác, sáng hôm sau cô sẽ tan thành bọt biển.” Nàng tái mặt, nhưng vẫn gật đầu. Mụ nói thêm: “Cái giá là giọng hát của cô, giọng hát hay nhất dưới biển này.” Nàng đưa tay lên môi, rồi lặng lẽ đồng ý. Từ đó, nàng không còn nói, cũng không còn hát được nữa.
Trước lúc trời sáng, nàng bơi đến bậc thềm đá của cung điện hoàng tử và uống thuốc. Một cơn đau nhói chạy qua người, nàng ngất đi. Khi tỉnh dậy, chiếc đuôi cá đã biến mất, thay vào đó là đôi chân xinh xắn. Hoàng tử đứng trước mặt, hỏi nàng là ai, nàng chỉ nhìn chàng, không nói được một lời. Chàng nắm tay dẫn nàng vào cung. Mỗi bước đi, nàng đau như dẫm lên dao nhọn, nhưng nàng vẫn bước nhẹ như bọt nước, mỉm cười.
Hoàng tử quý nàng lắm. Nàng múa cho cả cung điện xem, nhẹ nhàng như cánh chim, ai cũng ngợi khen, dù mỗi bước nhảy là một lần đau buốt. Chàng gọi nàng là cô bé tìm được của mình, yêu nàng như yêu một đứa em nhỏ. Có lần chàng tâm sự: “Ta chỉ thương một người, là cô gái ở ngôi nhà trắng đã cứu ta trên bờ biển. Em giống cô ấy lắm.” Nàng tiên cá nghe mà thắt lòng. Nàng muốn nói rằng chính nàng đã cứu chàng, nhưng không thể cất lời.
Rồi vua cha bảo hoàng tử sang nước láng giềng xem mặt một nàng công chúa. Khi gặp, chàng reo lên: nàng công chúa chính là cô gái ở ngôi nhà trắng ngày nào. “Ta hạnh phúc quá. Em cũng mừng cho ta chứ?” chàng nói với nàng tiên cá. Nàng hôn tay chàng, tim như vỡ ra. Đám cưới được cử hành trên một con tàu lớn. Nàng tiên cá cũng múa, đẹp hơn bao giờ hết, vì biết đây là đêm cuối cùng nàng được nhìn thấy chàng.
Gần sáng, các chị của nàng ngoi lên bên mạn tàu. Các chị nói: “Chúng chị đã đổi tóc cho mụ phù thuỷ để lấy con dao này. Trước khi mặt trời mọc, nếu em làm hại hoàng tử, em sẽ lại có đuôi cá, về với chúng ta.” Nàng cầm con dao, bước vào nơi hoàng tử đang ngủ bên cô dâu. Nàng nhìn chàng thật lâu, rồi quay ra, ném con dao thật xa xuống biển. Nàng không thể làm hại người mình thương.
Nàng gieo mình xuống làn nước, cảm thấy thân mình tan dần thành bọt biển. Nhưng mặt trời vừa mọc, nàng không thấy lạnh, mà thấy mình nhẹ bẫng, bay lên giữa muôn vàn bóng hình trong suốt. Họ hát: “Chúng tôi là con gái của gió trời. Chúng tôi bay khắp thế gian, mang hương hoa và làn gió mát đến cho mọi người. Làm điều tốt suốt ba trăm năm, chúng tôi sẽ có một linh hồn.” Trên con tàu, hoàng tử và cô dâu đang tìm nàng. Nàng bay đến, khẽ hôn lên trán cô dâu, mỉm cười với hoàng tử, rồi theo các con gái của gió trời bay lên những đám mây hồng.