故事讲述了弱小寡妇窦娥，在无赖陷害、昏官毒打下，屈打成招，成为杀人凶手，被判斩首示众。临刑前，满腔悲愤的窦娥许下三桩誓愿：血溅白练，六月飞雪，大旱三年。果然，窦娥冤屈感天动地，三桩誓愿一一实现。
窦天章因为欠蔡婆婆高利贷，无钱归还，将小女窦娥给蔡家当童养媳。蔡婆婆给窦天章盘缠赴京赶考。
窦娥与丈夫生活不久后，丈夫暴病去世，窦娥与婆婆二人守寡在家。一日，蔡婆婆向赛卢医讨债时，险被无钱归还的赛卢医杀害，巧被路过的张驴儿与其父撞破此事。张驴儿借口救命之恩，在蔡婆婆家住，贪图窦娥美貌，要求与其父一同入赘蔡家。窦娥守节不肯，张驴儿就下毒计，从赛卢医处买得砒霜，下到窦娥为蔡婆婆做的羊肚汤中，欲要毒死蔡婆婆，胁迫窦娥改嫁。正巧蔡婆婆作呕，吃不下，反毒死了自己的父亲。张驴儿要挟不成，诬告窦娥。贪官欲屈打成招，窦娥不招。而后要挟要打蔡婆婆，窦娥只好招认。
处死前，窦娥许下三桩誓愿——血溅白绫，六月飘雪，大旱三年以证明其冤屈，皆应验。窦天章科举得中，三年后任廉访使至楚州，见窦娥鬼魂出现，于是重审此案，为窦娥申冤。