Роман написан в жанре, типичном для литературы XVIII века, и действие разворачивается в небольшом немецком городке конца того же столетия. Произведение состоит из двух частей: писем главного героя Вертера и дополнения под названием «От издателя к читателю». В письмах, адресованных другу Вильгельму, Вертер стремится не столько описать события своей жизни, сколько передать переживаемые чувства, вызванные окружающей действительностью.
Вертер, молодой человек из небогатой, но образованной семьи, увлекающийся живописью и поэзией, приезжает в небольшой городок, чтобы побыть наедине с собой. Он наслаждается природой, общается с простыми людьми, читает Гомера, занимается рисованием. На загородном балу он знакомится с Шарлоттой, в которую влюбляется без памяти. Лотта, старшая из девяти детей княжеского амтмана, после смерти матери взяла на себя заботу о братьях и сестрах. Она не только привлекательна внешне, но и обладает самостоятельным мышлением. С первого же дня Вертер и Лотта находят общий язык и разделяют схожие взгляды.
С этого момента Вертер проводит большую часть времени в доме амтмана, расположенном в часе ходьбы от города. Вместе с Лоттой он навещает больного пастора, ухаживает за больной женщиной в городе. Каждое мгновение рядом с ней приносит юноше радость. Однако его любовь с самого начала обречена на страдания, поскольку Лотта уже имеет жениха — Альберта, который уехал устраиваться на ответственную должность.
С возвращением Альберта, который относится к Вертера с уважением и сдержанно скрывает свои чувства к Лотте, у молодого человека появляется ревность. Альберт — человек рассудительный и спокойный, признаёт в Вертера талантливого и необычного человека и прощает его эмоциональность. Для Вертера присутствие соперника становится тяжёлым испытанием, он колеблется между бурным весельем и глубоким унынием.
Однажды, желая отвлечься, Вертер собирается в путешествие по горам и просит у Альберта пистолеты в дорогу. Альберт соглашается, предупредив, что оружие не заряжено. Вертер берёт один пистолет и прикладывает его к голове, что перерастает в серьёзный спор между молодыми людьми о природе человека, его страстях и здравом рассудке. Вертер рассказывает историю девушки, покинутой возлюбленным, которая, не найдя смысла жизни без него, бросилась в реку. Альберт осуждает такой поступок как глупый и недальновидный, в то время как Вертер презирает чрезмерную рассудочность.
На день рождения Вертер получает от Альберта свёрток с бантом из платья Лотты — того самого, в котором он впервые увидел её. Молодой человек страдает и понимает необходимость заняться делом и покинуть город, но постоянно откладывает расставание. Накануне отъезда он навещает Лотту, и они вместе идут в любимую беседку в саду. Вертер не говорит о предстоящем разлуке, однако Лотта, словно предчувствуя это, начинает разговор о смерти и загробной жизни, вспоминая последние минуты с матерью. Несмотря на её слова, Вертер находит в себе силы уйти.
Покинув город, Вертер устраивается чиновником при посланнике в другом месте. Посланник — придирчивый и глупый человек, но Вертер находит утешение в беседах с графом фон К., который становится его другом. В новом городе сильны сословные предрассудки, и Вертер часто сталкивается с неприязнью из-за своего происхождения.
Знакомство с девушкой по имени Б., напоминающей ему Лотту, становится поводом для разговоров о прежней жизни и чувствах. Общество и отношения с посланником ухудшаются, что приводит к жалобе посланника министру. В письме министра Вертер получает выговор за излишнюю обидчивость и попытку направить свои идеи в более продуктивное русло.
Вертер временно смиряется с ситуацией, но вскоре вынужден покинуть службу и город из-за неприятного инцидента. Во время визита к графу фон К. он задерживается, а в обществе, где не принято присутствие представителей низшего сословия, его разговор с девушкой Б. вызывает осуждение и сплетни. Узнав о слухах, Вертер сам подаёт в отставку и уезжает.
Сначала он возвращается в родные места и предаётся воспоминаниям детства, затем принимает приглашение князя и отправляется в его владения, где чувствует себя чужим. Наконец, не вынося разлуки, Вертер возвращается в город, где живёт Шарлотта, которая за это время стала женой Альберта. Появление Вертера нарушает их семейное счастье. Лотта испытывает сочувствие к страданиям молодого человека, но не может больше видеть его мучения. Вертер же находится в состоянии внутреннего смятения, часто мечтая о смерти или о грехе и последующем искуплении.
Однажды, прогуливаясь по окрестностям, Вертер встречает сумасшедшего Генриха, собирающего цветы для возлюбленной. Позже оказывается, что Генрих, будучи писцом у отца Лотты, влюбился в неё и сошёл с ума от этой любви. Образ Лотты преследует Вертера, и он не находит сил прекратить свои страдания. На этом письма Вертера заканчиваются, а дальнейшую судьбу героя рассказывает издатель.
Любовь к Лотте становится невыносимой для окружающих, а в душе Вертера укрепляется желание покинуть мир, поскольку простое удаление от возлюбленной кажется невозможным. Однажды он застаёт Лотту за разбором подарков перед Рождеством, и она просит его приходить не раньше сочельника, что для Вертера означает лишение последней радости. Тем не менее на следующий день он приходит к ней, и вместе читают отрывок из перевода песен Оссиана. Под влиянием неясных чувств Вертер приближается к Лотте, и она просит его уйти.
Вернувшись домой, он приводит в порядок свои дела, пишет прощальное письмо возлюбленной и посылает слугу к Альберту за пистолетами. В полночь в комнате Вертера раздаётся выстрел. Утром слуга находит его ещё живым, но врач, прибывший на место, констатирует смерть. Альберт и Лотта тяжело переживают его уход. Похороны проходят недалеко от города, на месте, который Вертер выбрал для себя сам.
