В семье интеллигента-народника Ивана Акимовича Самгина рождается сын, которому отец даёт необычное, мужицкое имя Клим, что сразу выделяет его среди сверстников: дочери доктора Сомова Любы, детей квартиранта Варавки Варвары, Лидии и Бориса, Игоря Туробоева, учившегося вместе с Борисом в московской военной школе, сироты Ивана Дронова, приживальщика в доме Самгиных, а также Константина Макарова и Алины Телепневой, его товарищей по гимназии. Между этими персонажами складываются сложные отношения, во многом обусловленные стремлением Клима выделиться, что удаётся ему не всегда. Его первый учитель — Томилин. Развивается соперничество с Борисом, который вскоре гибнет вместе с Варварой, провалившись под лёд во время катания на коньках. Из толпы раздаётся голос: «Да был ли мальчик-то, может, мальчика-то и не было?» — это становится первым ключевым мотивом произведения, символизирующим ирреальность происходящего.
Дальнейшее обучение в гимназии сопровождается эротическими переживаниями Клима. Швейка Рита, тайно подкупленная матерью Самгина для обеспечения «безопасной» сексуальной жизни сына, влюблена в Дронова. Узнав об этом и о поступке матери, Клим испытывает разочарование в женщинах. Между тем развивается любовь Макарова к Лидии, которая заканчивается неудачной попыткой самоубийства; Клим спасает Макарова, но позже сожалеет об этом, поскольку сам испытывает скрытую симпатию к Лидии и ощущает собственную бледность на фоне друга.
Петербургская студенческая жизнь открывает перед Самгиным новый круг общения, где он вновь стремится занять особое место, подвергая критическому анализу окружающих и получая прозвище «умник». Среди новых знакомых — старший брат Дмитрий, увлечённый революционной борьбой, Марина Премирова, Серафима Нехаева, влюблённая во всё декадентское, активный революционер Кутузов, напоминающий Ленину, Елизавета Спивак с больным мужем-музыкантом, студент из купеческой семьи Владимир Лютов и другие. Лютов влюблён в Аліну Телепневу, которая, достигнув красоты и капризности, сначала соглашается выйти за него замуж, но затем отказывается, влюбившись в Туробоева, что отражает своеобразное соперничество между «бедным аристократом» Туробоевым и «богатым мужиком» Лютовым.
Жизнь на даче сопровождается символической сценой ловли сома на горшок с горячей кашей, иллюстрирующей надувательство «господ» мужиком, вызывающим восхищение Лютова как воплощение загадочной талантливости русского народа. Ведутся споры о славянофилах и западниках, о России и Западе; Лютов выступает как русский анархист. Клим пытается занять особую позицию, но в итоге оказывается в стороне. Его неудачная попытка признаться в любви Лидии заканчивается отказом. Поднимаются колокола в деревенской церкви. Гибнет молодой крестьянин, случайно задушенный верёвкой, что сопровождается второй ключевой фразой, произнесённой деревенской девочкой: «Да что вы озорничаете?» — обращённой, по сути, ко всем «господам», пытающимся решать судьбы народа, не зная его.
В Москве Клим знакомится с новой интеллигентной средой, отличающейся подчёркнутой «русскостью»: Семён Диомидов, Варвара Антипова, Пётр Маракуев, дядя Хрисанф. Здесь происходит пьянка в квартире Лютова, где дьякон-расстрига Егор Ипатьевский читает собственные стихи о Христе и русском человеке, служащем Христу ненавистью. Взрыв эмоций вызывает восклицание Лютова: «Гениально!». Самгин вновь не находит своего места. Приезд молодого Николая I сопровождается трагедией на Ходынском поле, где во время коронационного праздника были задавлены сотни людей. Самгин воспринимает толпу как «икру», что символизирует ничтожность личной воли в эпоху массового психоза.
Происходит окончательный разрыв Клима с Лидией, которая уезжает в Париж. Самгин направляется на Нижегородскую промышленную выставку и знакомится с провинциальной журналистской средой, в частности с Иноковым — ярким газетчиком и своеобразным поэтом, вероятным прототипом самого Горького. Царский визит в Нижний представлен комичной сценой, сравнивающей царя с персонажем Бальзаминовым, одетым офицером.
Работа в газете сближает Самгина с Дроновым, Иноковым, супругами Спиваки. Встреча с Томильным, проповедующим идею, что путь к истинной вере лежит через пустыню неверия, перекликается с мыслями Самгина. Провинциальный историк Козлов — монархист и охранитель, отвергающий революцию, в том числе и духовную. Встреча с Кутузовым, самоуверенным революционером, напоминает столкновение с Козловым. Кутузов называет интеллигенцию «революционерами от скуки». Падение строящейся казармы символизирует прогнивание существующего строя, что контрастирует с пиршеством «отцов города» в ресторане. Обыск в квартире Самгина и беседа с жандармским ротмистром Поповым дают понять, что революционером он никогда не станет.
В Москве Самгин знакомится с верхушкой либеральной интеллигенции — Прейсом и Тагильским, возможно, прототипами «веховцев». Приезд Кутузова напоминает Самгину, что подлинная революция готовится вне его круга. Рассуждения Макарова о философии Н. Ф. Федорова и роли женщины в истории дополняют картину интеллектуальных поисков.
После смерти отца в Выборге Самгин встречается с братом. Его арестовывают вместе с Сомовой, проводят допрос и предлагают стать осведомителем, на что он отказывается, испытывая при этом странную неуверенность в правильности своего решения. Устанавливается любовная связь с Варварой Антиповой, которая заканчивается абортом.
Слова старой прислуги Анфимьевны, выражающей народное мнение о молодых как о «детях чужого бога», отражают отчуждение между поколениями. Поездка Самгина в Астрахань и Грузию сопровождается новыми впечатлениями.
Во время студенческих волнений в Москве у Манежа Самгин оказывается в толпе и испытывает страх перед ней. Его выручает агент полиции Митрофанов. Поездка в деревню сопровождается сценой крестьянских грабежей и усилением страха Клима перед мужиками. Новые волнения в Москве сопровождаются любовной связью с Никоновой, оказавшейся полицейским осведомителем. Поездка в Старую Руссу даёт взгляд на царя через спущенные шторы вагона.
9 января 1905 года в Петербурге происходят сцены Кровавого воскресенья. Самгин характеризует Гапона как «ничтожного попа». Он оказывается в тюрьме по подозрению в революционной деятельности. Похороны Баумана сопровождаются всплесками черносотенной психологии.
В Москве во время революции 1905 года Сомова пытается организовать санитарные пункты для раненых. Самгин размышляет о революции и Кутузове, признавая справедливость последних слов о необходимости вспышки страстей, несмотря на понимание, что революция отменит и его самого. Смерть Туробоева и мысли Макарова о большевиках отражают духовный кризис интеллигенции. Похороны Туробоева сопровождаются столкновениями с черносотенцами и вмешательством вороватого Сашки Судакова, который выручает Самгина и его окружение.
Активное участие Самгина в баррикадных боях сопровождается событиями казни сыщика Митрофанова и смертью Анфимьевны. Он осознаёт, что события развиваются независимо от его воли, а он становится их невольным заложником.
По просьбе Кутузова Самгин отправляется в Русьгород за деньгами для большевиков. В поезде он беседует с пьяным поручиком, испытавшим ужас при приказе стрелять в народ. Знакомство с богатой женщиной Мариной Зотовой раскрывает взгляды на интеллигенцию, не знающую народа, и на корни народной веры, уходящие в раскол и еретичество, что является скрытой движущей силой революции. Начинается распад личности Самгина, выраженный кошмаром двойничества. На его глазах происходит убийство губернатора. Встреча с Лидией, вернувшейся из-за границы, лишь усиливает разочарование. Философия Валентина Безбедова, отрицающего смысл истории, выражается в девизе «не хочу», ставшем третьим ключевым мотивом произведения и отражающем неприятие Самгиным всего мироздания, в котором ему нет места. Марина и старец Захарий выступают как типы народных религиозных деятелей. Религиозные обряды у Марины, наблюдаемые Самгиным, окончательно убеждают его в собственной оторванности от народной стихии.
Отъезд за границу приводит Клима в Берлин, где он испытывает скуку. В галерее его впечатляют картины Босха, созвучные его мировоззрению — раздробленности мироздания и отсутствию ясного образа человека. Встреча с матерью в Швейцарии сопровождается взаимным непониманием. Самгин остаётся в глубоком одиночестве. Самоубийство Лютова в Женеве сопровождается словами Алины Телепневой о его бегстве.
В Париже Самгин встречается с Мариной Зотовой. Попов и Бердников пытаются завербовать его в качестве тайного агента для слежки за Зотовой и сообщать о её возможных сделках с англичанами, однако он решительно отказывается.
Возвращение в Россию сопровождается убийством Марины Зотовой при загадочных обстоятельствах, причём подозрение падает на Безбедова, который отрицает вину и вскоре погибает в тюрьме до начала суда.
В Москве происходит смерть Варвары. Кутузов говорит о Ленине как о единственном истинном революционере, способном видеть будущее. Самгин и Дронов пытаются организовать новую либерально-независимую газету. В разговорах вокруг сборника «Вехи» Самгин отмечает, что эта смелая книга вызовет шум и сопротивление как социалистов, так и других групп, что лишь усилит поверхностные конфликты. Смерть Льва Толстого воспринимается служанкой Агафьей как событие, вызвавшее тревогу в доме.
Размышления Самгина о Фаусте и Дон Кихоте, продолжая идеи Тургенева, выдвигают принцип разумной деятельности в противовес бездействующему идеализму.
Начало мировой войны символизирует крах коллективного разума. Поездка на фронт в Боровичи знакомит его с подпоручиком Петровым, олицетворяющим разложение офицерства. Нелепое убийство Тагильского рассерженным офицером и кошмары войны усиливают общее чувство упадка.
Возвращение с фронта сопровождается вечером у Леонида Андреева, чьи слова о трагизме человеческого бытия и единственном выходе в смерти подводят итог духовным поискам Самгина.
Февральская революция 1917 года с фигурами Родзянко и Керенского остаётся незавершённым финалом, оставляя неясной дальнейшую судьбу Клима Самгина.
