Le roman est construit sur deux récits enchâssés dans un troisième, d'où les nombreux changements de narrateur. Ce sont des récits-encadrés. L'histoire commence en 1834, où Alexandre Dumas, personnage du livre et narrateur, retrouve un vieil ami Alfred de Nerval. Celui-ci lui raconte l'étonnante histoire de Pauline, qui est décédée un an auparavant. Les deux jeunes gens l'ont connue tous les deux, bien qu'Alexandre n'ait qu'un vague souvenir d'elle.
On entre alors dans le premier récit enchâssé, désormais raconté par Alfred de Nerval. Suite à un heureux héritage, Alfred entre en possession d'assez de fortune pour découvrir le monde comme il le souhaite. Il découvre par hasard une abbaye en ruine, en Normandie, alors qu'il voulait se rendre en Angleterre. Suite à un orage, il y passe la nuit. Il surprend alors un homme qui semble dissimuler quelque chose dans les catacombes. Il revient le lendemain à Trouville, où il loge et apprend la mort complètement inattendue de Pauline de Meulien, la femme qu'il avait toujours aimé, mais qui avait épousé le comte Horace de Beuzeval. Désespéré, il parvient à la voir une dernière fois avant son enterrement. Mais, comble de la surprise, la jeune femme morte n'est pas Pauline ! À la fois rassuré et intrigué, il décide, après avoir appris que l'abbaye se trouvait à côté du château des Beuzeval, d'y retourner pour y enquêter... Il découvre alors, au fond d'un caveau, Pauline, bien vivante, mais empoisonnée par le comte, son époux ! Une fois la jeune femme en sécurité, Alfred lui propose de l'accompagner où elle voudra, puisqu'elle ne semble pas pouvoir rester en France. Ils partent donc pour l'Angleterre. Après leur installation en Angleterre, Pauline raconte au jeune homme son histoire.
On entre alors dans le second récit enchâssé, où Pauline est la narratrice (elle est souvent comparée à une fée et une déesse, par sa grâce et son élégance). On est alors projeté quelques mois en arrière, lorsque Pauline rencontre son futur mari