Бал начинается с описания московского зала, где собрались гости. Пожилые дамы в пышных нарядах сидят у стен и наблюдают за толпой с равнодушным вниманием. Вельможи в ленточках и звёздах увлечены карточными играми, время от времени поднимая глаза на танцующих. Молодые красавицы кружатся в танце, гусар ухаживает, а писатель сдержанно ведёт себя. Вдруг атмосфера меняется: гости смущаются, начинают задавать вопросы — княгиня Нина неожиданно покидает бал. Волнение растёт; князь, её супруг, занят бостоном и отвечает с безразличием, что не знает причины её ухода. Поэт, выступающий в роли рассказчика, даёт свой ответ, который и составляет содержание произведения.
О княгине Нине, темноглазой красавице, ходят злые слухи, и не без оснований: её дом недавно был полон светских хлопот и молодых поклонников, любовные связи сменяли друг друга, а истинной любви, похоже, она не способна была испытать. В её чувствах присутствует лишь страсть без глубины, и она видит в своих возлюбленных не их самих, а образ, созданный собственными мечтами; когда очарование проходит, она холодно расстаётся с ними без сожаления.
Однако недавно в жизни Нины произошли перемены: появился посланник судьбы — Арсений. Он вернулся из дальних стран и отличается от обычных гостей её дома: на его лице отражён тяжёлый опыт, в глазах — мрачная беспечность, а на губах — усмешка, а не улыбка. В разговорах Арсений проявляет глубокое знание людей, его шутки остры и проницательны, он сдержан и холоден внешне, но способен на сильные чувства.
Арсений, обладая опытом, не поддаётся сразу очарованию Нины, несмотря на все её усилия привлечь его внимание. Наконец наступает судьбоносный момент, который сближает их. Нина наполнена счастьем новой жизни, но уже через несколько дней Арсений вновь становится суровым, угрюмым и рассеянным. Все попытки Нины развеселить его оказываются безуспешными.
Тогда она требует объяснений, боясь, что его холодность вызвана её бурным прошлым, которое тяжело вспоминать и ей самой. Она просит Арсения уехать с ней, хотя бы в Италию, которую он любит, чтобы провести остаток жизни в спокойствии и забвении. Арсений молчит, и Нина замечает упорный холод в его душе. Отчаявшаяся, она плачет и называет свою несчастную любовь наказанием за грехи. В ответ на уверения Арсения в любви она на время успокаивается.
На следующий вечер они мирно сидят в доме Нины; она засыпает, а он задумчиво небрежно рисует на визитной карточке. Внезапно он восклицает, что рисунок очень похож, и Нина, подумав, что это её портрет, видит изображение другой женщины — жеманной девушки с сладкой глупостью в глазах, в кудрях, похожих на болонку, и с сонной улыбкой. Сначала Нина гордо отвергает мысль, что такая могла бы стать её соперницей, но ревность мучает её: лицо бледнеет, покрывается холодным потом, дыхание учащается, и на мгновение она почти теряет дар речи. В конце концов она умоляет Арсения рассказать всю правду, признаётся в мучительной ревности и упоминает о кольце с ядом — талисмане Востока.
Арсений берёт её за руку и рассказывает о своей прошлой невесте Ольге, голубоглазой и кудрявой, с которой он вырос. После помолвки он познакомил Ольгу со своим другом и вскоре приревновал её к нему. Когда Арсений упрекнул её, она лишь смеялась, чем вызвала его ярость. Он ушёл от неё, поссорился с соперником, и они устроили дуэль, в которой Арсений получил тяжёлое ранение. Выздоровев, он уехал за границу и впервые почувствовал утешение только с Ниной.
На признание Арсения Нина не отвечает, но видно, что она измучена. Ещё несколько недель проходят в ссорах и несчастливых примирениях. Однажды, когда Арсения несколько дней не было, Нина получает от него письмо с прощанием: он встретил Ольгу и понял, что его ревность была необоснованной и смешной.
Нина остаётся дома, никого не принимает, отказывается от пищи и неподвижно сидит, не сводя взгляда с одного места. Внезапно к ней приходит муж, который, смущённый её странным поведением, упрекает её в причудах и приглашает на бал, где, среди прочих, будут Арсений и Ольга. Нина, проявив неожиданное оживление, соглашается и начинает готовиться, впервые за долгое время используя макияж, чтобы не уступить молодой сопернице. Однако на балу ей становится плохо, и она уходит домой.
Глубокой ночью в спальне Нины слабо горит лампада перед иконой. Вокруг царит глубокий сон. Княгиня неподвижно сидит в бальном наряде. Появляется старая няня, поправляет лампаду, и её свет наполняет покой. Помолившись, няня собирается уйти, но замечает Нину, начинает жалеть и упрекать её: та, по её словам, забыла Бога. Целуя руку Нины на прощание, няня ощущает её ледяной холод и замечает признаки смерти. Нина исполнила данное Арсению обещание и отравилась.
Произведение завершается сатирическим описанием пышных похорон: к дому князя съезжается множество карет, важное молчание толпы сменяется шумными разговорами, а сам вдовец вскоре увлечён жаркими богословскими спорами с ханжой. Нину хоронят тихо, как христианку, и о её самоубийстве никому не известно. Поэт, лишённый обедов в её доме, посвящает ей стихи, которые публикуют в «Дамском журнале».
