В конце октября в здание Пале-Рояля вошёл молодой человек по имени Рафаэль де Валантен, чей взгляд выдавал глубокие внутренние страдания, а черты лица выражали бесстрастность человека, готового на самоубийство, и множество разбитых надежд. Проиграв все средства, он остался без последнего наполеондора и в оцепенении бродил по улицам Парижа, охваченный желанием покончить с собой, выбросившись в Сену с Королевского моста. Мысль о том, что его труп днём будет лишь товаром для лодочников, вызвала у него отвращение, и он решил совершить самоубийство ночью, чтобы оставить неопознанное тело обществу, которое презирало величие его души. В ожидании наступления темноты он прогуливался, любуясь архитектурой города, и направился в лавку древностей, где встретил худого старика с насмешливой улыбкой. Старец, заметив внутренние мучения молодого человека, предложил ему стать могущественнее любого монарха, передав в его руки лоскут шагрени, на котором была выгравирована надпись на санскрите: обладание этим талисманом обеспечит исполнение желаний, но при этом кожа будет уменьшаться, как и жизнь обладателя. Рафаэль заключил с ним соглашение, попросив, чтобы, если судьба не изменится в ближайшее время, старик влюбился в танцовщицу.
На мосту Искусств он случайно встретил друзей, которые, видя в нём выдающегося человека, предложили работу в газете, направленной на создание оппозиции, приемлемой для правительства Луи-Филиппа. Их привели на званый обед в дом банкира Тайфера, где собралась разношёрстная публика: молодые писатели без стиля и идей, прозаики, поэты и водевилисты, а также несколько учёных. После пышного ужина гостям были представлены куртизанки Акилина и Евфрасия, которые в беседе утверждали, что лучше умереть молодыми, чем быть забытыми, когда красота померкнет.
Рафаэль открылся Эмилю, рассказав о причинах своих страданий. С детства его воспитывал суровый отец, и до двадцати одного года он находился под его строгим контролем. Молодой человек был наивен и жаждал любви. Однажды на балу он выиграл значительную сумму, играя на отцовские деньги, но скрыл это. Отец, занимавшийся дипломатической борьбой за зарубежные земельные владения, десять лет добивался их признания. Когда права были утрачены, Рафаэль продал земли, оставив только бессмысленный остров с могилой матери, что привело к долгам и смерти отца. Рафаэль решил растянуть оставшиеся средства на три года и поселился в дешёвой гостинице, посвящая себя научной работе над «Теорией Воли». Хозяйка гостиницы, г-жа Годэн, заботилась о нём, а её дочь Полина оказывала ему помощь, которую он не мог отвергнуть. Позже он стал учить Полину, обнаружив её способной, но испытывал тоску по идеалу — женщине знатной и богатой, в которой видел воплощение своих мечтаний, в отличие от простой Полины.
Зимой Рафаэль был введён Растиньяком в высшее общество и познакомился с графиней Феодорой, молодой и богатой женщиной с доброй репутацией, к которой он влюбился без памяти. Она разрешила ему бывать у себя, но вскоре выяснилось, что он лишь инструмент в её планах, требующих протекции герцога де Наваррена. Рафаэля мучили сомнения относительно причин её одиночества, и он решил проникнуть в её спальню. Там он не обнаружил физических недостатков, лишь услышал её возглас «Боже мой!», значение которого оставалось загадкой. Открыв ей свою бедность и страсть, он получил отказ, так как она не желала принадлежать никому, кроме герцога. Рафаэль оставил графиню и перебрался к Растиньяку.
После того как Растиньяк выиграл значительную сумму в игорном доме, они вместе начали жить расточительно, но когда деньги закончились, Рафаэль, считая себя «социальным нулём», решил покончить с жизнью. История возвращается к моменту в доме Тайфера, где Рафаэль, доставая шагреневую кожу, пожелал получить доход в двести тысяч франков в год. На следующее утро нотариус сообщил о том, что он стал наследником майора О’Флаэрти. При взгляде на кожу Рафаэль заметил, что она уменьшилась в размерах, и почувствовал холодок смерти, осознав, что теперь может всё, но уже не желает ничего.
В декабре в особняк маркиза Валантена пришёл старик Ионафан, слуга, сообщивший о затворнической жизни Рафаэля и его подавленных желаниях. Старик попросил помочь в восстановлении в должности инспектора колледжа господина Поррике, бывшего учителя Рафаэля. В разговоре мечта о восстановлении случайно прозвучала из уст маркиза, что вызвало у него ярость, когда он увидел, что кожа шагрени значительно уменьшилась. В театре Рафаэль встретил старого знакомого — танцовщицу Евфрасию с пожилым мужчиной, который заявил, что теперь счастлив как молодой, поскольку понял, что вся жизнь заключается в одном часе любви. Среди зрителей Рафаэль заметил Феодору с очередным поклонником и прекрасную незнакомку — Полину, ставшую наследницей крупного состояния после возвращения её отца из плена. Они договорились встретиться в гостинице «Сен-Кантен» — их прежнем жилище, хранящем воспоминания бедности. Полина хотела передать Рафаэлю бумаги, завещанные ей им.
Вернувшись домой, Рафаэль загадал желание, чтобы Полина любила его, и обнаружил, что кожа не уменьшилась, что означало нарушение договора. Встреча подтвердило взаимную любовь, и несмотря на это, при очередном взгляде на шагрень он заметил её уменьшение и в порыве гнева выбросил талисман в колодец. Он решил принять судьбу и жить с Полиной. Позже садовник нашёл в колодце остаток кожи, уменьшившийся до крошечного размера.
Рафаэль попытался найти спасение у учёных, надеясь остановить сужение кожи. Зоолог Лавриль признал, что наука пока не способна решить эту проблему. Механик Планшет пытался воздействовать на шагрень гидравлическим прессом и даже молотом, но кожа оставалась невредимой. Химик Жафе безуспешно пытался разрезать и повредить её электричеством и другими методами.
Понимая неизбежность, Рафаэль обратился к врачам из-за признаков чахотки, которые становились явными. Медики дали общие рекомендации, которые он воспринял с сарказмом. Отправившись на курорт в Экс, он столкнулся с холодностью и пренебрежением окружающих, что привело к дуэли, в которой он убил соперника, после чего кожа снова сузилась.
Покинув курорт, Рафаэль поселился в сельской хижине Мон-Дора, где его окружающие испытывали к нему жалость, которую он считал тяжёлой. Вскоре Ионафан привёз его домой. Рафаэль отказался от писем Полины и погрузился в искусственный сон с помощью опия, приготовленного Бьяншоном. Старик-слуга устроил пышное празднество, но увидев его, Валантен пришёл в ярость, принял снотворное и уснул. Его разбудила Полина, и он попросил её уйти, показывая уменьшившуюся кожу. Она стала рассматривать талисман, и в этот момент он начал сжиматься в её руках. Полина решила покончить с собой, чтобы спасти Рафаэля, но он, охваченный страстью, бросился к ней и умер.
В эпилоге молодой человек и красивая женщина на пароходе «Город Анжер» любовались призрачной фигурой над рекой Луара, которая напоминала мифическое существо — то ундину, то сильфиду, словно дух, охраняющий страну от вторжения современности.
