История начинается со знакомства с одним из главных героев — Владимиром Костыльковым, простым советским пионером, которому посчастливилось во время купания в озере достать со дна древний кувшин. Конечно же, любопытство не позволяет ему отнести находку в отделение милиции, не заглянув внутрь, и именно с этого момента в Москве начинают происходить настоящие чудеса. Ведь в кувшине вот уже несколько тысячелетий томится самый настоящий джинн Гассан Абдуррахман ибн Хоттаб, который после освобождения клянётся своему юному спасителю в верности.
Временная пропасть между советским Алладином, Волькой, и древневосточным джинном Хоттабычем оказывается настолько огромной, что два героя постоянно попадают в нелепейшие ситуации. Горя желанием помочь несравненному Вольке ибн Алёше, Хоттабыч спешит с ним на экзамен по географии и «поражает» простых советских учителей обширными познаниями в области предмета. Экзаменаторы с удивлением узнают, что основными представителями фауны в Индии являются золотоносные муравьи величиной с собаку, Земля имеет форму плоского диска, а горизонтом называется «грань, где хрустальный купол небес соприкасается с краем Земли». Первое чудо, сотворённое Хоттабычем, заканчивается сокрушительным провалом Вольки на экзамене.
Расстроенный пионер не решается сообщить джинну, что экзамен сдан вовсе не на «отлично», справедливо опасаясь, что гнев джинна обрушится на «невежественных учителей». Однако поход в кино оборачивается для Вольки ещё большей катастрофой. Дневной сеанс уже закончился, и, дабы угодить своему погрустневшему повелителю и помочь ему попасть в кино на вечерний сеанс для взрослых, джинн награждает шестиклассника Костылькова окладистой бородой. А встреченного в кинотеатре друга Вольки, Женю Богорада, отправляет в далёкую Индию, чтобы прекратить распространение слухов о бородатом мальчике. Но Женя не задерживается в Индии надолго — Волька заставляет Хоттабыча лететь за ним на ковре-самолёте и вырывает Женьку из объятий слишком дружелюбных индусов.
Как не пытаются Женя с Волькой приучить Хоттабыча к реалиям современной жизни, привыкший к древневосточным порядкам джинн продолжает попадать впросак, устраивая переполох около уличного киоска, в цирке, на стадионе... Есть на его счету и благородные поступки: так, например, он осаживает бесчеловечного меркантильного иностранца, отправляет в отделение милиции нахулиганивших ребят и даже творит правосудие в Италии.
В самом конце повести друзья отправляются в круиз по северному Ледовитому океану на пароходе «Ладога». Женька находит старинный кувшин и выпускает оттуда брата Хоттабыча — Омара Юсуфа. Братья абсолютно не похожи. Если Гассан — джинн добродушный, то Омар — бессердечен и себялюбив. По обычаю джиннов он немедленно пытается убить того, кто его выпустил, и Женю спасает только вмешательство Хоттабыча. Омар упрям и не верит во многие научные открытия, например, в то что Луна — спутник Земли. Он отправляется проверить это и становится пленником земной орбиты. Пообщавшись с братом, Хоттабыч понимает, насколько он отстал от жизни, и начинает навёрстывать упущенное.
Проходит время. Ребята учатся на одни «пятёрки», ведь все полученные знания им нужно передать Хоттабычу, который стал очень старательным учеником. Женька выбирает профессию врача, Волька же мечтает стать радиоконструктором. Хоттабыч сперва мечтает о работе в Арктике, но попасть туда ему мешает почтенная внешность и анкета, где он пишет чистую правду. Ничто не мешает джинну превратиться в молодого человека, но обманывать он больше не хочет. Со временем Хоттабыч берёт пример с Вольки и тоже увлекается радиотехникой. На этом автор прощается с джинном и его юными друзьями.