Radnja se odvija u Engleskoj 1850. Mladi umjetnik iz Londona Walter Hartright, na preporuku svog prijatelja talijanskog profesora Peskija, dobiva mjesto učitelja slikarstva u Limmerridgeu u Cumberlandu, na imanju Fredericka Fairleyja, Esq. Prije odlaska Walter se dolazi pozdraviti s majkom i sestrom, koji žive u predgrađu Londona. Vraćajući se kući kasno vruće večeri, neočekivano susreće neobičnu ženu, odjevenu u bijelo na pustom putu. Nastavljaju put zajedno. Spominjanje Hartwright-a o mjestima na koja će ići, izaziva neznanca neočekivano uzbuđenje. Ljubazno govori o gospođi Fairley, pokojnoj vlasnici Limmeridgea. Zatim se s bijesom i strahom prisjeća baroneta iz Hampshirea, ne spominjući, međutim, svoje ime. Walter pomaže neznancu da uhvati keb i gotovo odmah nakon njenog odlaska ugleda kolica koja s dva jahača pitaju o "ženi u bijelom". Traže je da se vrati u ludnicu, odakle je pobjegla.
Walter Hartwright stiže u Limmeridge, upoznaje se sa njegovim stanovnicima. Ovo je Marian Golcombe, kći pokojne gospođe Fairley iz prvog braka, ružna, ali šarmantna i energična brineta, majčina sestra Laura Fairley, nježna i nježna plavuša, i gospodin Frederick Fairley, njihov ujak, prvostupnik i strašni egoist, onaj koji je predložio Walterov posao. Walter pripovijeda Marijanu o svom susretu sa ženom u bijelom, a ona, zaintrigirana, u pismima majci pronalazi spomen djevojke Ane Katerik. Gospođa Fairley se vezala za djevojčicu zbog sličnosti s Laurom, a mala Anna, odgovarajući svojoj zaštitnici gorljivom ljubavlju, zaklela se u svoju čast da će uvijek hodati samo u bijelom. Evo, William shvaća neobičan osjećaj koji je vidio više nego jednom kad je gledao Lauru: žena u bijelom iznenađujuće je podsjećala na Lauru, koja je samo smršala i postala blijeda ili preživjela tugu. Marian i Walter čuvaju svoje otkriće u tajnosti. U međuvremenu, kao što se često događa, učitelj i učenik, Walter i Laura, zaljubili su se. Ali oni ne razgovaraju o svojoj ljubavi. Odvojeni su ponorom socijalne i imovinske nejednakosti, jer je Laura plemenita i bogata, ona je nasljednica Limmeridgea. I što je najvažnije, Laura je zaručena za muškarca kojeg je odabrao njen otac - ovo je barunet sir Percival Glide, vlasnik velikog imanja u Hampshireu. To je Walteru izvijestio Marian, a na riječi "Baronet" i "Hampshire" prisjeća se neusklađenog govora žene koju je jednom sreo na bijelom. Ali ovdje je Hartwright ponovo vidi na groblju u Limmeridgeu - Anna Katerik pere spomenik od bijelog mramora na grobu gospođe Fairley. U razgovoru s Walterom (i dan ranije u anonimnom pismu Lauri, što ju je jako uznemirilo), Anna upozorava Lauru na njezin brak sa sirom Percivalom Glidom, koji joj se čini utjelovljenje zla. Štoviše, ispada da je upravo on zatvorio Anu u ludnicu. Oprostivši se od Laure, odbačeni Walter vraća se u London, a zatim odlazi u dugu, opasnu arheološku ekspediciju u Srednju Ameriku.
Marijana prisili Lauru, zaručnika koji je stigao u Limmeridge, da objasni objašnjenja o Ani, a on predaje pismo gospođi Katerik, Aninoj majci, u dokaz da je postupila uz njezin pristanak i za dobro svoje kćeri. Do posljednjeg trenutka Marijana i Laura nadaju se da će nešto ometati vjenčanje, ali čudo se ne događa. Percival Glide i Laura Fairley vjenčaju se u crkvi u Limmeridgeu i odlaze na medeni mjesec u Italiju. Šest mjeseci kasnije vraćaju se u Englesku i naseljavaju se u Blackwater Parku, imanju Glide, i tamo stiže Marian Golcombe. Uz bračni par Glide, iz Italije stiže još jedan bračni par - grof i grofica Fosco. Grofica Fosco, Laurina teta, nekad apsurdna i uzaludna, sada je predana svom suprugu s dušom i tijelom iz kojeg ona doslovno zuri, kao da je hipnotizirana, hvata svaku njegovu riječ i neprestano vrti male pachitose za njega. Grof Fosco izuzetno je debeo, nepromjenjivo pristojan, vrlo susretljiv, neprestano daje pažnju svojoj ženi, voli bijele miševe, koje nosi sa sobom u velikom kavezu. Ali u njemu se osjeća izvanredna snaga duha ("ako se umjesto žene udala za tigricu, ukrotila bi i tigricu", napominje Marian).
U blizini parka Blackwater, Laura upoznaje Anu Katerik, a ona je još jednom upozorava, savjetujući joj da ne vjeruje suprugu i da se boji njega. A sir Percival, očajan novcem, želi navesti Lauru da potpiše neke papire bez čitanja. Laura odbija. Muž joj prijeti, ali grof Fosco uspije ublažiti situaciju. Groomov sjaj i šarm Sir Percivala odavno su nestali, on je nepristojan prema svojoj ženi, rugajući joj se i više puta je zamjera zbog strasti prema učitelju-umjetniku (Percival je pogodio tajnu Laure). Earl i njegova supruga na svaki način sprečavaju Marijanu da pokuša kontaktirati obiteljskog odvjetnika Fairleyja. Više puta presreću pisma (jednom su čak stavili napitak na neku djevojku koja je trebala poslati pismo po dolasku u London). Marian posumnja u zavjeru protiv Laure i, kako bi se utvrdila u svojim pretpostavkama, prisluškuje razgovor između Percival Glida i grofa Fosco. Zavjera postoji, ali Marijana ne može odoljeti - prisluškivajući noćni razgovor, uhvati prehladu i postane ozbiljno bolesna. Koristeći Marijinu bolest, ona je, u skladu s planom grofa Fosca, premještena u zabačeni dio dvorca, ali Laura je obaviještena da je otišla, a ona je zavodi kako bi je namamila da posjeti svog ujaka, gospodina Fairleyja. Ali u Londonu, Laura, pod imenom Anna Katerik, smještena je u ludnicu u kojoj je bila stvarna Anna.U isto vrijeme umišljena dama Glide, koja se tamo pojavila, umirala je u londonskoj kući tete. Sada ništa ne stoji između Percival Glidea i bogatstva njegove žene.
Nakon oporavka, Marijana pokušava otkriti što se dogodilo. Ona uspijeva pronaći i uz pomoć mita osloboditi Lauru - slomljenu, ostavljenu bez imena i bogatstva. Walter se vraća iz ekspedicije. Stigavši se pokloniti Laurovom grobu, upoznaje Marijanu i promijenjenog, strašno sličnog Ani Katerik Laura. Walter unajmljuje stan u kojem njih troje žive, a zajedno, on i Marijana pomažu Lauri da se postupno oporavi. Walter odluči vratiti ime Lauri Shvativši da je sir Percival Glide sakrio Anu Katerik u ludnici jer se bojao otkrivenja, Walter počinje otkrivati koje. Posjećuje Aninu majku, gospođu Katerik. Ona definitivno odbija pomoći Hartrightu da dovede Percival Glide u čistu vodu, dok ona nesumnjivo mrzi Glidea i bit će joj drago ako Walter uspije podmiriti račune s njim. Iz razgovora s gospođom Katherick, Aninom majkom, s činovnikom crkve u Wellinghamu, g. Wansboroughom, koji je imao prepisanu knjigu crkvenih mjernih podataka, Walter razumije da brak Glideovih roditelja nije registriran, stoga nema prava na titulu niti na zemljišna posjeda. Svojevremeno je Glide dobila pristup sakristiji i priliku lažiranja zapisa zahvaljujući gospođi Katerik, ali kad je njezin suprug posumnjao u ljubavnu vezu između njih, Glide nije odbacila tu pretpostavku, bojeći se otkriti pravi razlog svojih susreta s njom. Nakon toga više je puta novcem pomagala gospođa Katerik. Mržnja prema Ani i strah od nje uzrokovali su činjenicom da se djevojčica usudila ponoviti za majkom da zna tajnu Glidea. To je bilo dovoljno da siromašna djevojka završi u ludnici, a njeni se govori - što god je rekla - nisu mogli smatrati dokazima. Osjetivši opasnost, Percival Glide svim silama nastoji spriječiti Waltera da dođe do istine, a zatim, nesvjestan postojanja duplikata, odluči spaliti knjigu zapisa, ali on izgori u crkvenom požaru.
Grof Fosco izbjegne progon. Slučajno u kazalištu Walter vidi grofa i primijeti njegov očigledan strah kad vidi njegova prijatelja profesora Peskija, koji grofa ne prepoznaje (međutim, mogao je promijeniti izgled, a godine su mu radile posao). Očito, Walter razumije, da je grof Fosco bio član istog tajnog društva kao i Sand. Strah grofa može se objasniti njegovim otpadništvom, izdajom interesa bratstva i očekivanjem skore odmazde. Walter je prisiljen pribjeći pomoći Sands-a. Ostavlja profesoru zapečaćenu kovertu s pismom u kojoj izlaže grofa i traži da ga kazni ako se Walter sutradan ne vrati u zakazano vrijeme. Poduzimajući ove mjere opreza, Walter Hartwright dolazi do grofa Foscoa i prisiljava ga da napiše priču o prijevari koju su počinili on i Glide. Grof s vlastitim samozadovoljstvom piše oduševljeno, provodeći gotovo cijelu noć na ovoj lekciji, a grofica se priprema za njezin užurban odlazak, pojavljujući se s vremena na vrijeme i pokazujući Walteru svoju mržnju prema njemu.
Na temelju odstupanja u datumima: izdana je smrtovnica prije nego što je poslano pismo Fredericka Fairleyja s pozivom nećakinje na posjet, Walter uspijeva dokazati da je Laura živa, a umjesto nje pokopana je Anna Katerik. Natpis na spomeniku je sada izmijenjen. Anna Katerik, žena u bijelom, nakon smrti pronašla je ono što je željela: počiva pored gospođe Fairley, koju je toliko voljela.
Laura i Walter se vjenčaju. Njihov se život postupno popravlja. Walter puno radi. Nakon što se nakon nekog vremena služio u Parizu, on vidi leš grofa Fosco ulovljenog iz Seine. Na tijelu nema znakova nasilja, osim dva posjekotina nožem na ruci koja su skrivala stigmu - znak tajnog društva veličine malog novčića (Sands na ruci ima isti znak). Vrativši se u London, Walter ne nalazi kod kuće ni Lauru i njezinog šestomjesečnog sina, niti Marijanu. Dobiva poruku od supruge koja ga odmah pita i bez brige hoće li doći u Limmeridge. Uzbuđeni Laura i Marijana upoznaju ga tamo, nakon što je ujak umro, obiteljsko imanje preuzela je Laura. A beba Walter, mlada nasljednica Limmeridgea, koju Marian drži u naručju, sada se može smatrati jednim od najdarovitijih vlasnika zemlje u Engleskoj.