Действие разворачивается в пансионе «мамаши» Воке в конце ноября 1819 года, где проживают семь постоянных жильцов: на втором этаже — молодая Викторина Тайфер с родственницей мадам Кутюр; на третьем — отставной чиновник Пуаре и таинственный господин средних лет Вотрен; на четвертом — старая дева мадемуазель Мишоно, бывший торговец хлебом Горио и студент Эжен де Растиньяк, прибывший в Париж из Ангулема. Все обитатели пансиона с пренебрежением относятся к Горио, который когда-то был уважаемым человеком. Поселившись у госпожи Воке в 1813 году, он занял лучшую комнату на втором этаже, что свидетельствовало о его финансовом благополучии, и хозяйка надеялась на улучшение своего положения. Она даже сделала некоторые уступки по общему столу, но Горио не оценил её усилий. После двух лет он переехал на третий этаж и перестал топить зимой. Слуги и жильцы вскоре поняли причину такого падения: к Горио тайно наведывались молодые женщины, которых он выдавал за своих дочерей, что вызывало у всех насмешки. К концу третьего года он переселился на четвертый этаж и стал одеваться в лохмотья.
В то же время жизнь в пансионе начинает меняться. Молодой Растиньяк, восхищённый блеском Парижа, стремится войти в высшее общество. Из всей богатой родни он может рассчитывать лишь на виконтессу де Босеан, к которой посылает рекомендательное письмо от своей тётушки и получает приглашение на бал. Там его внимание привлекает графиня Анастази де Ресто. На следующий день, рассказывая об этом товарищам, он узнаёт, что старик Горио знаком с графиней и недавно оплатил её просроченные векселя ростовщику Гобсеку. С этого момента Вотрен начинает внимательно следить за поступками молодого человека.
Первая попытка Растиньяка завязать знакомство в высшем свете заканчивается неудачей: он приходит к графине пешком, что вызывает насмешки слуг, не может сразу найти гостиную, а хозяйка дома ясно даёт понять, что предпочитает остаться наедине с графом Максимом де Трай. Растиньяк испытывает к нему глубокую неприязнь и клянётся одержать над ним победу. К тому же он совершает ошибку, упомянув имя Горио, которого случайно увидел во дворе дома графа. Позже он навещает виконтессу де Босеан, но выбирает неподходящий момент: она получает удар — маркиз д’Ажуда-Пинто, которого она любит, намерен расстаться с ней ради выгодного брака. Герцогиня де Ланже с удовольствием сообщает эту новость виконтессе, которая быстро меняет тему. Так Растиньяк узнаёт, что Анастази де Ресто в девичестве была Горио, а у старика есть ещё одна дочь — Дельфина, жена банкира де Нусингена. Обе сестры отвернулись от отца, который отдал им всё. Виконтесса советует юноше использовать соперничество сестер: в отличие от графини, Дельфина не принята в высшем свете и готова на многое ради приглашения в дом виконтессы.
Вернувшись в пансион, Растиньяк заявляет о намерении защитить Горио и просит родных прислать тысячу двести франков для приобретения модного гардероба. Вотрен, раскрыв планы молодого человека, советует обратить внимание на Викторину Тайфер, чьё положение осложнено отторжением со стороны отца — богатого банкира. У неё есть брат, устранение которого откроет ей путь к наследству. Вотрен предлагает заняться этим сам, требуя за услугу двести тысяч франков, что для Растиньяка представляется приемлемой перспективой в сравнении с будущим приданым. Несмотря на опасения, юноша решает добиться расположения Дельфины де Нусинген. В этом ему помогает Горио, недолюбливающий своих зятьёв и обвиняющий их в бедах дочерей. Растиньяк знакомится с Дельфиной и влюбляется, получая ответные чувства, так как он помог ей выиграть семь тысяч франков, необходимые для погашения долгов, оставшихся после того, как муж присвоил её приданое.
Растиньяк начинает вести светскую жизнь, несмотря на отсутствие средств, а Вотрен постоянно напоминает о богатстве Виктории. Тем временем полиция подозревает, что Вотрен — беглый каторжник Жак Коллен по прозвищу Обмани-Смерть, и для его разоблачения привлекает Пуаре и Мишоно, которые должны проверить наличие клейма на его плече.
Накануне решающих событий Вотрен сообщает Растиньяку, что его знакомый полковник Франкессини вызвал Тайфера-младшего на дуэль. Одновременно юноша узнаёт, что Горио снял для него и Дельфины квартиру и поручил стряпчему Дервилю положить конец безобразиям со стороны Нусингена, обеспечив дочери доход в тридцать шесть тысяч франков. Это решает сомнения Растиньяка, но Вотрен подсыпает ему снотворное. Наутро Мишоно вводит ему препарат, вызывающий прилив крови к голове, и в этот момент у Вотрена обнаруживается клеймо, подтверждающее подозрения.
События развиваются стремительно: Викторину забирает отец из пансиона из-за смертельного ранения брата. Жандармы арестовывают Вотрена, который спокойно сдаётся, вызывая уважение студентов, прогоняющих шпионов Мишоно и Пуаре. Горио показывает Растиньяку новую квартиру, прося разрешить жить рядом с Дельфиной, но его надежды рушатся. Барон де Нусинген признаётся, что вложил приданое жены в сомнительные операции, и Горио в ужасе от положения дочери. Ситуация Анастази ещё хуже: спасая Максима де Трай от долговой тюрьмы, она заложила фамильные драгоценности, что становится известно её мужу. Для покрытия долгов необходимы дополнительные средства, а отец уже потратил все деньги на квартиру для Растиньяка. В разгар ссоры между сёстрами Горио внезапно падает и получает удар.
Он умирает в день последнего бала виконтессы де Босеан, которая, не вынеся разрыва с маркизом д’Ажуда, уходит из светского общества. Растиньяк, попрощавшись с ней, спешит к умирающему отцу, который тщетно призывает дочерей. Похоронен Горио на последние деньги студентами Растиньяком и Бьяншоном. Гроб сопровождают две роскошные кареты с гербами. С вершины холма Растиньяк смотрит на Париж и даёт клятву добиться успеха любыми средствами, после чего отправляется на обед к Дельфине де Нусинген.
