Si immagina narrato in prima persona da Ishmael, un marinaio imbarcatosi sulla baleniera "Pequod", il cui comandante, il misterioso Achab, si mostrerà all'equipaggio solo quando l'imbarcazione sarà in alto mare, per trascinarlo nella folle caccia a Moby Dick, l'immensa balena bianca. Achab, che in uno scontro precedente con la balena ci ha rimesso una gamba, identifica in lei tutto il male dell'universo. Numerosi sono i personaggi che popolano la baleniera: dall'arpioniere Queequeg, indigeno dei mari del Sud, grande amico di Ishmael, a Fedallah, un Parsi adoratore del fuoco (che insieme ad altri compagni costruisce la lancia che Achab comanderà personalmente) fino a Pip, un piccolo negro, sorta di fool shakespeariano, saggio nella sua follia. Dopo una serie di avventure sopra tutti i mari del globo, viene finalmente avvistata Moby Dick: in un ultimo epico attacco, Achab perirà insieme a tutto l'equipaggio; l'unico superstite, Ishmael, viene raccolto dalla baleniera "Rachel" e potrà raccontare l'accaduto.
La predica di padre Mapple, all'inizio del romanzo, viene tenuta dal sacerdote prima che la nave salpi: è incentrata sul racconto biblico di Giona e la balena ed è il primo di una serie di episodi miranti a sottolineare il carattere simbolico dell'opera.