В руки будущему переводчику и издателю «Записки отца Адсона из Мелька» попадают в Праге в 1968 г. На титульном листе французской книги середины прошлого века значится, что она представляет собой переложение с латинского текста XVII в., якобы воспроизводящего, в свою очередь, рукопись, созданную немецким монахом в конце XIV в. Разыскания, предпринятые в отношении автора французского перевода, латинского оригинала, а также личности самого Адсона не приносят результатов. Впоследствии и странная книга (возможно — фальшивка, существующая в единственном экземпляре) исчезает из поля зрения издателя, добавившего к недостоверной цепочке пересказов этой средневековой повести еще одно звено.
На склоне лет монах-бенедиктинец Адсон вспоминает события, очевидцем и участником которых ему довелось быть в 1327 г. Европу сотрясают политические и церковные раздоры. Император Людовик противостоит папе римскому Иоанну XXII. В то же время папа ведет борьбу с монашеским орденом францисканцев, в котором возобладало реформаторское движение нестяжателей-спиритуалов, до того подвергавшихся со стороны папской курии жестоким гонениям. Францисканцы объединяются с императором и становятся значительной силой в политической игре.
В эту смуту Адсон, тогда еще юноша-послушник, сопровождает в путешествии по городам и крупнейшим монастырям Италии английского францисканца Вильгельма Баскервильского. Вильгельм — мыслитель и богослов, испытатель естества, знаменитый своим мощным аналитическим умом, друг Уильяма Оккама и ученик Роджера Бэкона — выполняет задание императора подготовить и провести предварительную встречу между имперской делегацией францисканцев и представителями курии. В аббатство, где она должна состояться, Вильгельм и Адсон приходят за несколько дней до прибытия посольств. Встреча должна иметь форму диспута о бедности Христа и церкви; её цель — выяснить позиции сторон и возможность будущего визита генерала францисканцев к папскому престолу в Авиньон.
Еще не вступив в монастырские пределы, Вильгельм удивляет монахов, вышедших на поиски убежавшей лошади, точными дедуктивными умозаключениями. А настоятель аббатства сразу же обращается к нему с просьбой провести расследование о случившейся в обители странной смерти. Тело молодого монаха Адельма было найдено на дне обрыва, возможно, он был выброшен из башни нависающей над пропастью высокой постройки, называемой здесь Храмина. Аббат намекает, что ему известны подлинные обстоятельства гибели Адельма, однако он связан тайной исповеди, и поэтому истина должна прозвучать из других, незапечатанных уст.
Вильгельм получает разрешение опрашивать всех без исключения монахов и обследовать любые помещения обители — кроме знаменитой монастырской библиотеки. Крупнейшая в христианском мире, способная сравниться с полулегендарными библиотеками неверных, она расположена в верхнем этаже Храмины; доступ в нее имеют только библиотекарь и его помощник, только им известен план хранилища, выстроенного как лабиринт, и система расположения книг на полках. Прочие монахи: копиисты, рубрикаторы, переводчики, стекающиеся сюда со всей Европы, — работают с книгами в помещении для переписывания — скриптории. Библиотекарь единолично решает, когда и как предоставить книгу тому, кто её востребовал, и предоставлять ли вообще, ибо здесь немало языческих и еретических сочинений. В скриптории Вильгельм и Адсон знакомятся с библиотекарем Малахией, его помощником Беренгаром, переводчиком с греческого, приверженцем Аристотеля Венанцием и юным ритором Бенцием. Покойный Адельм, искусный рисовальщик, украшал поля рукописей фантастическими миниатюрами. Стоит монахам засмеяться, разглядывая их, — в скриптории появляется слепой брат Хорхе с упреком, что смехотворство и пустословие неприличны в обители. Сей муж, славный годами, праведностью и ученостью, живет с ощущением наступления последних времен и в ожидании скорого явления Антихриста. Осматривая аббатство, Вильгельм приходит к выводу, что Адельм, вероятнее всего, не был убит, но покончил с собой, бросившись вниз с монастырской стены, а под Храмину тело было перенесено впоследствии оползнем.
Но в ту же ночь в бочке со свежей кровью заколотых свиней обнаружен труп Венанция. Вильгельм, изучая следы, определяет, что убили монаха где-то в другом месте, скорее всего в Храмине, и бросили в бочку уже мертвым. Но на теле между тем нет ни ран, ни каких-либо повреждений или следов борьбы.
Заметив, что Бенций взволнован более других, а Беренгар откровенно испуган, Вильгельм немедленно допрашивает обоих. Беренгар признается, что видел Адельма в ночь его гибели: лицо рисовальщика было как лицо мертвеца, и Адельм говорил, что проклят и обречен на вечные муки, которые описал потрясенному собеседнику весьма убедительно. Бенций же сообщает, что за два дня до смерти Адельма в скриптории произошел диспут о допустимости смешного в изображении божественного и о том, что святые истины лучше представлять в грубых телах, чем в благородных. В пылу спора Беренгар ненароком проговорился, хотя и весьма туманно, о чем-то тщательно скрываемом в библиотеке. Упоминание об этом было связано со словом «Африка», а в каталоге среди обозначений, понятных только библиотекарю, Бенций видел визу «предел Африки», но когда, заинтересовавшись, спросил книгу с этой визой, Малахия заявил, что все эти книги утеряны. Рассказывает Бенций и о том, чему стал свидетелем, проследив за Беренгаром после диспута. Вильгельм получает подтверждение версии самоубийства Адельма: видимо, в обмен на некую услугу, которая могла быть связана с возможностями Беренгара как помощника библиотекаря, последний склонил рисовальщика к содомскому греху, тяжести которого Адельм, однако, не мог вынести и поспешил исповедаться слепому Хорхе, но вместо отпущения получил грозное обещание неминуемого и страшного наказания. Сознание здешних монахов слишком возбуждено, с одной стороны, болезненным стремлением к книжному знанию, с другой — ужасающей постоянно памятью о дьяволе и аде, и это зачастую заставляет их видеть буквально воочию что-то, о чем они читают или слышат. Адельм считает себя уже попавшим в ад и в отчаянии решается свести счеты с жизнью.
Вильгельм пытается осмотреть рукописи и книги на столе Венанция в скриптории. Но сначала Хорхе, потом Бенций под разными предлогами отвлекают его. Вильгельм просит Малахию поставить кого-нибудь у стола на страже, а ночью вместе с Адсоном возвращается сюда через обнаруженный подземный ход, которым пользуется библиотекарь после того, как запирает вечером изнутри двери Храмины. Среди бумаг Венанция они находят пергамент с непонятными выписками и знаками тайнописи, но на столе отсутствует книга, которую Вильгельм видел здесь днем. Кто-то неосторожным звуком выдает свое присутствие в скриптории. Вильгельм бросается в погоню и внезапно в свет фонаря попадает выпавшая у беглеца книга, но неизвестный успевает схватить её раньше Вильгельма и скрыться.
По ночам библиотеку крепче замков и запретов охраняет страх. Многие монахи верят, что в темноте среди книг бродят ужасные существа и души умерших библиотекарей. Вильгельм скептически относится к подобным суевериям и не упускает возможности изучить хранилище, где Адсон испытывает на себе действие порождающих иллюзии кривых зеркал и светильника, пропитанного вызывающим видения составом. Лабиринт оказывается сложнее, чем предполагал Вильгельм, и только благодаря случаю им удается обнаружить выход. От встревоженного аббата они узнают об исчезновении Беренгара.
Мертвого помощника библиотекаря находят только через сутки в купальне, расположенной рядом с монастырской лечебницей. Травщик и лекарь Северин обращает внимание Вильгельма, что на пальцах у Беренгара остались следы какого-то вещества. Травщик говорит, что видел такие же и у Венанция, когда труп отмыли от крови. К тому же язык у Беренгара почернел — очевидно, монах был отравлен, прежде чем захлебнулся в воде. Северин рассказывает, что когда-то давно держал у себя чрезвычайно ядовитое зелье, свойств которого не знал и сам, и оно пропало потом при странных обстоятельствах. О яде было известно Малахии, аббату и Беренгару. Тем временем в монастырь съезжаются посольства. С папской делегацией прибывает инквизитор Бернард Ги. Вильгельм не скрывает своей неприязни к нему лично и его методам. Бернард объявляет, что отныне сам будет заниматься расследованием происшествий в обители, от которых, по его мнению, сильно попахивает дьявольщиной.
Вильгельм и Адсон снова проникают в библиотеку, чтобы составить план лабиринта. Выясняется, что комнаты хранилища обозначены буквами, из которых, если проходить в определенном порядке, составляются условные слова и названия стран. Обнаружен и «предел Африки» — замаскированная и наглухо закрытая комната, однако они не находят способа войти в нее. Бернардом Ги задержаны и обвинены в колдовстве помощник лекаря и деревенская девушка, которую тот приводит по ночам ублажать похоть своего патрона за остатки монастырских трапез; накануне повстречался с ней и Адсон и не мог устоять перед искушением. Теперь участь девушки решена — как ведьма она пойдет на костер.
Братская дискуссия между францисканцами и представителями папы переходит в вульгарную драку, во время которой Северин сообщает оставшемуся в стороне от побоища Вильгельму, что нашел у себя в лаборатории странную книгу. Их разговор слышит слепой Хорхе, но и Бенций догадывается, что Северин обнаружил нечто, оставшееся от Беренгара. Возобновившийся было после общего замирения диспут прерывается известием, что травщик найден в лечебнице мертвым и убийца уже схвачен.
Череп травщика проломлен стоявшим на лабораторном столе металлическим небесным глобусом. Вильгельм ищет на пальцах Северина следы того же вещества, что у Беренгара и Венанция, но руки травщика обтянуты кожаными перчатками, используемыми при работах с опасными препаратами. На месте преступления застигнут келарь Ремигий, который тщетно пытается оправдаться и заявляет, что пришел в лечебницу, когда Северин был уже мертв. Бенций говорит Вильгельму, что вбежал сюда одним из первых, потом следил за входящими и уверен: Малахия уже был здесь, выжидал в нише за пологом, а после незаметно смешался с другими монахами. Вильгельм убежден, что большую книгу никто не мог вынести отсюда тайно и, если убийца — Малахия, она должна все еще находиться в лаборатории. Вильгельм и Адсон принимаются за поиски, но упускают из виду, что иногда древние рукописи переплетались по нескольку в один том. В результате книга остается незамеченной ими среди других, принадлежавших Северину, и попадает к более догадливому Бенцию.