В 40-е годы XIX века рассказчик встречает в Сорренто, а затем в России прекрасную незнакомку. Наконец заговорив с нею, он узнаёт тайну женщины, но имя её так и остаётся ему неизвестным.
Повествование ведётся от первого лица.
Летом рассказчик часто ездит на охоту в село Глинное, лежащее в двадцати верстах от его деревни. Недалеко от Глинного находится и усадьба, состоящая из необитаемого господского дома, небольшого флигеля и сада. В флигельке живёт дряхлый старик Лукьяныч. От него рассказчик узнаёт, что усадьба принадлежит внучке старого барина Лукьяныча, вдове. Она вместе с младшей сестрой живёт в городе за границей, и домой не показываются.
Однажды поздно вечером, возвращаясь с охоты, рассказчик замечает, что окна дома в усадьбе освещены, и слышит женский голос. И песня, и голос были знакомы ему: он уже слышал это исполнение два года назад в Италии, в Сорренто.
Рассказчик возвращался домой вдоль ограды, над которой был надстроен небольшой павильон. Из него доносился женский голос, исполнявший незнакомую ему песню. «В звуках его было что-то до того призывное, он до того казался сам проникнут страстным и радостным ожиданьем, выраженным словами песни», что рассказчик остановился, поднял голову и увидел стройную женщину в белом платье. Она протянула ко нему руки и спросила по-итальянски: «Это ты?» Мужчина растерялся, но незнакомка вдруг отошла от окна. Он почувствовал, что никогда не забудет её голоса, больших тёмных глаз, гибкого стана и полураспущенных чёрных волос. Пока он, ошеломлённый, стоял у павильона, туда вошёл мужчина.
И сейчас, в одном из самых глухих уголков России, рассказчик, словно во сне, слышит тот же самый голос. Вот песня закончивается, окно растворяется, и показывается женщина, которую он сразу узнаёт. Это его соррентская незнакомка.
Однажды, охотясь в окрестностях Глинного, рассказчик видит всадника на вороной лошади. Ему кажется, что это мужчина, вошедший тогда в павильон в Сорренто. В деревне от двух мужиков рассказчик узнаёт, что усадьба принадлежит вдове-майорше Анне Федоровне Шлыковой. Её сестру зовут Пелагеей Федоровной, обе они в летах и богаты. Чтобы скоротать время перед посещением усадьбы, рассказчик решает поохотиться в лесу. Вдруг на дороге, проходящей через лес, он видит «свою» красавицу и мужчину, которые едут верхом. Она очень хороша, её спутник — красивый мужчина с нерусским лицом.
Лукьяныч сообщает рассказчику, что барыня и её сестра уехали в Москву. Через месяц он и сам уезжает из деревни. Следующие четыре года рассказчику ни разу не приходится побывать в Глинном. Мужчина переезжает в Петербург. Однажды на маскараде в Дворянском собрании он видит женщину в черном домино и узнаёт в ней свою незнакомку. Он откровенно рассказывает ей о встрече в Сорренто и в России, о своих тщетных попытках её отыскать. Выслушав рассказчика, незнакомка говорит, что она русская, хотя мало бывала в России. У Анны Фёдоровны она жила под именем её сестры, чтобы видеться со своим любимым втайне — он был несвободен. Когда эти препятствия исчезли, возлюбленный её бросил.
Проследив за её пристальным взглядом, рассказчик видит этого мужчину на маскараде. Он ведёт под руку другую женщину. Поравнявшись с ними, мужчина внезапно поднимает голову, узнаёт её глаза, прищуривается и дерзко усмехается. Незнакомка смотрит вслед уходящей паре и бросается к дверям. Рассказчик не преследует её и возвращается домой. С тех пор он больше не встречал эту женщину. Зная имя её возлюбленного, рассказчик может узнать, кто она такая, но не желает этого: «Эта женщина появилась мне как сновидение — и как сновидение прошла она мимо и исчезла навсегда».
