Аналитические способности свойственны не всякому уму и сами недоступны анализу. К такому заключению приходит Рассказчик, познакомившись в Париже летом 18.. г. с неким Огюстом Дюпеном, потомком обедневшею знатного рода, изумившим его при первой же встрече обширной начитанностью и свежестью воображения.
Молодые люди быстро становятся друзьями и поселяются вместе. Рассказчику приходится приспосабливаться к необычному характеру и привычкам Дюпена — страсти к ночным прогулкам и психологическому анализу. Новый друг поражает его способностью проникать в потаённые мысли собеседника, используя то, что Дюпен называет своим «методом», — по незначительным внешним проявлениям он выстраивает сложную цепь умозаключений.
Однажды друзья, раскрыв вечернюю газету, натыкаются на сообщение о неслыханном преступлении. Сегодня ночью мирный сон обывателей, живущих в районе улицы Морг, нарушили душераздирающие крики. Они доносились из дома мадам Л’Эспанэ, где та проживала с незамужней дочерью Камиллой. Когда взломали дверь спальни, люди в ужасе отступили — мебель была сломана, к полу прилипли седые пряди длинных волос. Позднее в дымоходе обнаружили изуродованный труп Камиллы, а тело самой мадам Л’Эспанэ нашли во дворе. Голова её была отрезана бритвой.
Все свидетели сходились на том, что, когда взламывали дверь, преступники ещё находились в спальне. Один голос явно принадлежал французу — все слышали произнесённое по-французски ругательство. Национальность второго осталась неизвестной: каждый из свидетелей считал, что тот говорил на каком-то иностранном языке, сходясь на том, что голос был страшно груб.
Назавтра газеты принесли известие об аресте Адольфа Лебона, доставившего накануне убийства мадам Л’Эспанэ из банка четыре тысячи франков. Именно на этом этапе Дюпен начинает проявлять интерес к такому запутанному делу. Получив у префекта полиции (знакомого Дюпена) разрешение на осмотр места преступления, друзья отправляются на улицу Морг, где Дюпен все тщательным образом обследует.
Используя свой метод, Дюпен заостряет внимание на трёх обстоятельствах: своеобразном, «нечеловеческом» голосе одного из преступников, необычной ловкости, которая требовалась, чтобы забраться в окно по громоотводу, и, наконец, — отсутствии побудительного мотива: золото из банка нашли в комнате нетронутым. Кроме того, преступники (или хотя бы один из них) обладали неимоверной силой, раз сумели затолкать тело в трубу, да ещё снизу вверх. Извлечённые из сжатой руки мадам Л’Эспанэ волоски и отпечатки «пальцев» на её шее убедили Дюпена, что убийцей могла быть только гигантская обезьяна.
Дюпен даёт объявление о поимке крупной обезьяны, обещая вернуть её владельцу за небольшое вознаграждение. Как Дюпен и предполагал, вскоре к ним заявляется моряк с торгового судна. Поняв, что Дюпену все известно, моряк рассказывает истинную историю. Орангутанга он поймал на Борнео и с большими мучениями — из-за свирепого нрава обезьяны — доставил в Париж, рассчитывая выгодно продать. В ту злосчастную ночь обезьяна сбежала, моряк гнался за ней, но не поймал и был свидетелем того, как зверь забрался в спальню женщин. Когда моряк с трудом вскарабкался по тому же громоотводу, все уже было кончено. Издав испуганное восклицание, моряк съехал вниз...
Префект не мог скрыть своего разочарования, что полиции оказалось не по зубам это запутанное дело, но после рассказа Дюпена, поворчав, отпустил с миром беднягу Лебона.