Emma est une jeune femme rêveuse et insouciante qui aime lire des romans romantiques mielleux. Elle souhaiterait connaître une grande histoire d'amour. Elle épouse Charles Bovary, un officier de santé, et va vivre avec lui à Yonville, petite ville de province. Mais Emma s'ennuie profondément. Elle trouve son époux médiocre, et le mariage ne ressemble pas à ce qu'elle imaginait. Après la naissance de sa fille, elle entame une relation adultère avec Rodolphe, un homme menteur et manipulateur qui ne tarde pas à la quitter.
Emma se lance ensuite dans une histoire avec Léon, jeune homme romantique comme elle. En parallèle, elle se met à emprunter beaucoup d'argent afin de s'acheter de beaux vêtements, et du mobilier pour sa maison. Elle s'endette de plus en plus. Bientôt, elle se retrouve dans une situation inextricable. Incapable de rembourser ses dettes, abandonnée par ses amants, Emma décide de se suicider en prenant de l'arsenic. Son agonie est lente et douloureuse. Son mari, Charles, ne se remet pas de sa mort et la suit dans la tombe peu après. Il est le seul à l'avoir réellement aimée.
Première partie
Le roman s'ouvre sur l'arrivée d'un "nouveau", Charles Bovary, dans la classe d'un lycée de province. Le narrateur relate ensuite la carrière modeste de ce garçon, qui s'établit comme officier de santé à Tostes. Il se laisse marier par sa mère à une femme plus âgée que lui, qui l'aime passionnément, mais exerce à son égard une pénible tyrannie. Charles Bovary rencontre, à l'occasion d'une visite médicale, Emma Rouault. Il s'éprend aussitôt d'elle. Sa première épouse décède peu de temps après.
Emma Rouault est la fille d'un riche fermier, elle a été élevée dans un couvent parmi des jeunes filles du monde et y a reçu une "belle éducation". Celle-ci a eu pour principal résultat de faire naître en elle toutes sortes de songes romanesques, dont la vie humble et rangée que lui offre son époux ne permettra pas la réalisation. D'abord heureuse de se marier, Emma est vite déçue. Son mari ne correspond pas à l'idée romanesque qu'elle se fait de l'époux, ni du mariage.
Une invitation chez le marquis d'Andervilliers au château de la Vaubyessard vient rompre la vie monotone d'Emma. Le dîner au château, le bal qui le suit, au cours duquel Emma danse avec un vicomte, lui font croire que ce monde enchanté, auquel elle a tant rêvé, existe. Dès lors, Emma ne peut plus supporter son humble existence. On doit la soigner pour une maladie nerveuse. Charles Bovary, afin de la changer d'air et de lui donner quelque distraction, s'établit dans un bourg plus important, Yonville-l'Abbaye. Emma y arrive enceinte.
- Le roman ne s'ouvre pas sur Emma, mais sur l'enfance de Charles Bovary.
- Emma a grandi dans un couvent.
- Emma aime la littérature romantique et particulièrement les romans d'amour.
- Charles et Emma se marient, mais Emma est déçue par son époux qu'elle trouve médiocre.
- Emma rêve d'une existence similaire à celle qu'elle a vécue un soir de bal au château de la Vaubyessard.
- Charles et Emma partent s'installer à Yonville alors qu'Emma est enceinte.
Deuxième partie
Avec le début de la deuxième partie, le narrateur présente les habitants de Yonville en s'attardant particulièrement sur M. Homais, le pharmacien. Dès son installation à Yonville, Emma rencontre un jeune clerc de notaire, Léon Dupuis. Celui-ci est aussitôt ébloui, car "jamais, jusqu'alors il n'avait causé pendant deux heures de suite avec une dame".
La naissance de sa fille Berthe permet de divertir Emma, mais l'enfant est placée rapidement en nourrice, et Madame Bovary retombe dans l'ennui.
Elle se compromet aux yeux des bien-pensants de Yonville, car elle se fait régulièrement raccompagner chez elle par Léon. Le jeune homme fait la cour à Emma. S'il ne peut vaincre tout d'abord sa résistance, il suscite chez elle un tendre intérêt. Léon, considérant la femme de l'officier de santé comme inaccessible, et las de cet amour sans espoir, quitte Yonville, la mort dans l'âme. Madame Bovary, désemparée, rencontre alors un jeune gentilhomme campagnard, Rodolphe Boulanger. Ce séducteur plein d'élégance personnifie l'idéal masculin pour Emma. Rodolphe la séduit facilement.
Devant la médiocrité incurable de Charles Bovary, Emma pense s'enfuir avec son amant, mais, effrayé par cette perspective, Rodolphe l'abandonne. Il lui écrit une lettre où il prétend l'aimer follement, mais trouve des excuses pour justifier son départ précipité. Flaubert ponctue cette intrigue par des descriptions de la vie normande, comme la célèbre scène des Comices, et par le récit des manœuvres progressistes et anticléricales du pharmacien Homais, scientiste et athée convaincu. La lâcheté de Rodolphe est un coup terrible pour Emma : elle pense mourir de désespoir, puis lentement reprend des forces et traverse une crise de mysticisme.
Une fois remise, Charles emmène sa femme au théâtre à Rouen ; elle y rencontre de nouveau Léon. Bovary, obligé de retourner à Yonville, commet l'imprudence de laisser sa femme seule en ville.
- Emma apprécie beaucoup sa fille Berthe et tombe dans une certaine mélancolie quand elle est mise en nourrice.
- Les habitants de Yonville critiquent Emma dont ils n'approuvent pas le comportement.
- Emma rencontre d'abord Léon qu'elle apprécie beaucoup, mais qui quitte la ville.
- Emma entame une relation avec Rodolphe, un séducteur notoire. Il la quitte lâchement.
- À Rouen, au théâtre, Emma retrouve Léon.
Troisième partie
Le début de la troisième partie s'ouvre sur la façon dont le jeune clerc a acquis de l'expérience à Paris. Léon est désormais plus hardi. Emma trouve un prétexte pour retourner à Rouen sans son mari et devient sa maîtresse. Elle est satisfaite de cette liaison et semble trouver un peu de tranquillité. Son seul souci est de trouver de bonnes excuses pour justifier ses allers-retours en ville et cacher son adultère. Emma sent se réveiller en elle des désirs de luxe, elle accumule les dettes afin de bien se vêtir. Elle tombe entre les mains d'un marchand peu scrupuleux, Lheureux, vieil usurier qui, après avoir feint la plus extrême complaisance, exige d'être payé et lui laisse entrevoir le jugement : la saisie.
Quelques jours après sa dernière entrevue avec Lheureux, Emma reçoit la signification du jugement qui a été prononcé contre elle. Il lui faut rembourser la somme, énorme pour elle, de huit mille francs dans les vingt-quatre heures. La malheureuse, affolée, va demander assistance à Léon, déjà las de sa maîtresse, puis à Rodolphe, dont le refus est le coup de grâce. Emma se sent perdue, elle sait où le pharmacien cache de l'arsenic. Elle s'empare du flacon et rentre chez elle. Charles revient à la maison, bouleversé par la nouvelle de la saisie qui a eu lieu pendant son absence.
Lorsque son épouse rentre, elle exige qu'on ne lui pose aucune question ; elle écrit une lettre qu'elle demande à son mari de ne lire que le lendemain, puis se met au lit après avoir absorbé le poison. Elle meurt devant son mari effondré qui ne sait que lui répéter : "N'étais-tu pas heureuse ? Est-ce ma faute ? J'ai fait tout ce que j'ai pu pourtant !"
S'ensuit la scène de l'enterrement, prétexte à une nouvelle dispute entre Bournisien et Homais. La vie à Yonville continue, Charles, qui a pris la petite Berthe avec lui, subit toujours l'assaut des créanciers. Il préfère accumuler les dettes plutôt que de vendre les biens (meubles et vêtements) ayant appartenu à Emma. Sa mère, indignée, quitte la maison. La bonne s'en va aussi en emportant les vêtements de la défunte épouse. Charles vit perpétuellement dans le souvenir d'Emma. Il rencontre Rodolphe, mais ne lui en veut pas. Il lui dit : "C'est la faute de la fatalité !" Peu de temps après, Berthe retrouve Charles mort, tenant une mèche de cheveux bruns appartenant à Emma, il rejoint sa femme dans la tombe. Berthe est envoyée à la filature de coton. Lheureux devient le maître de tout le commerce yonvillais. M. Homais se lance dans la politique et reçoit la croix d'honneur.
- Emma entame une liaison avec Léon qui la comble.
- Emma commence à avoir de sérieux ennuis financiers à cause de ses emprunts qu'elle cache à son mari.
- Emma cherche à obtenir de l'argent de Rodolphe et Léon, mais les deux hommes l'abandonnent lâchement.
- Emma se suicide en prenant du poison.
- Charles ne se remet pas de la mort de sa femme et meurt peu de temps après.
- Le roman s'achève sur le triomphe du personnage négatif Homais, qui est décoré de la légion d'honneur.