Poznati detektiv Sherlock Holmes i njegov pomoćnik prijatelj dr. Watson pregledavaju trsku koju je u stanu u Backer Streetu zaboravio posjetitelj koji je došao u njihovoj odsutnosti. Ubrzo se pojavio majstor trske, liječnik James Mortimer, mladi visoki muškarac s usko postavljenim sivim očima i dugim, ispucanim nosom. Mortimer čita stari rukopis Holmesu i Watsonu - legendu o strašnom prokletstvu Baskervillesa - koji mu je ne tako davno povjerio njegov iznenada umro pacijent i prijatelj Sir Charles Baskerville. Snažan i inteligentan, nimalo sklon maštarijama, sir Charles je ovu legendu shvatio ozbiljno i bio je spreman za kraj koji mu je sudbina pripremila.
U stara vremena, jedan od predaka Charlesa Baskervillea, vlasnika imanja Hugo, bio je neoboriv i okrutan. Unesen nečasnom strašću prema kćeri farmera, Hugo ju je oteo. Zatvorivši djevojku u gornjim odajama, Hugo i njegovi prijatelji sjeli su na gozbu. Nesretna žena odlučila se na očajnički čin: spustila se bršljan s prozora dvorca i potrčala kući kroz močvare. Hugo je pojurio za njom u potrazi za psima, a njegovi drugovi za njim. Na širokom travnjaku među močvarama vidjeli su tijelo bjegunca, mrtvog od straha. U blizini je ležao Hugov leš, a iznad njega je stajalo vilno čudovište, nalik na psa, ali mnogo veće. Čudovište je mučilo grlo Huga Baskervillea i blistalo je gorućim očima. I premda se pisac legende nadao da proviđenje neće kazniti nevine, ipak je upozorio svoje potomke da paze na to da "noću izađu u močvaru kada sile zla vladaju",
James Mortimer kaže da je sir Charles pronađen mrtav u uličici tisa, blizu vrata koja vode do močvara. A u blizini je liječnik primijetio svježe i bistre tragove ... ogromnog psa. Mortimer traži savjet Holmesa, jer nasljednik imanja, sir Henry Baskerville, dolazi iz Amerike. Dan nakon dolaska, Henry Baskerville, u pratnji Mortimera, posjećuje Holmesa. Avanture Sir Henryja započele su odmah po dolasku: prvo, u hotelu je nedostajala njegova cipela, a drugo, dobio je anonimnu poruku koja upozorava "da se drži dalje od tresetnih močvara". Ipak, odlučan je otići u dvoranu Baskerville, a Holmes šalje dr. Watsona s njim. Holmes i dalje ostaje posao u Londonu. Doktor Watson šalje Holmesu detaljna izvješća o životu na imanju i pokušava ne ostaviti Sir Henryja samog, što ubrzo postaje teško jer se Baskerville zaljubio u gospođicu Stapleton, koja živi u blizini. Gospođica Stapleton živi u kući u močvari s bratom entomologom i dvije sluge, a brat je ljubomorno čuva od udvaranja sir Henryja. Postavljajući skandal zbog ovoga, Stapleton tada dolazi u Baskerville Hall s isprikom i obećava da neće ometati ljubav sir Henryja i njegove sestre, ako u naredna tri mjeseca pristane biti zadovoljan njenim prijateljstvom.
Noću u dvorcu Watson čuje ženske sučeve, a ujutro otkriva suprugu batlera Barrymora kako plače. Sam Barrymore i on, sir Henry, uspijevaju uhvatiti činjenicu da noću daje svijeću kroz prozor, a iz močvara mu se odgovara isto. Ispada da se bjegunac osuđenik skriva u močvarama - ovo je mlađi brat Barrymoreove supruge, koji je za nju ostao samo nestašan mali dječak. Drugi dan mora otići u Južnu Ameriku. Sir Henry obećava da neće izdati Barrymorea i čak mu daje nešto iz odjeće. Kao da je zahvalan, Barrymore kaže da je komad napola spaljenog pisma sir Charlesu s molbom da "bude na vratima u deset sati uveče" preživio u kaminu. Pismo je potpisao L. L. " U susjedstvu, u Kumb Tresi, živi dama s takvim inicijalima - Laura Lyons. Watson sutradan ide k njoj. Laura Lyons priznaje da je htjela tražiti od Sir Charlesa novac da se razvede od svog supruga, ali u posljednji je trenutak primila pomoć "iz drugih ruku". Sutradan je trebala objasniti sve Sir Charlesu, ali saznala je iz novina o njegovoj smrti.
Na povratku, Watson odluči krenuti u močvare: još ranije primijetio je muškarca (a ne osuđenika). Pljeskajući uokolo, odlazi u tuđinu navodnu kuću. Na njegovo veliko iznenađenje, u praznoj kolibi nađe bilješku isklesanu olovkom: "Dr Watson je otputovao u Kumb Tresi." Watson odluči pričekati stanara kolibe. Napokon čuje približavanje stopama i pili revolver. Odjednom se začuje poznati glas: „Danas je tako divna večer, dragi Watson. Zašto sjediti u gužvi? U zraku je mnogo ljepše. " Prijatelji jedva imaju vremena za razmjenu informacija (Holmes zna da je žena koju Stapleton daje kao sestra njegova supruga, štoviše, siguran je da mu je Stapleton protivnik), kad čuju grozan vrisak. Vrisak se ponavlja, Holmes i Watson žure kako bi pomogli i vidjeli tijelo ... bijelog osuđenika obučenog u kostim sir Henryja. Pojavljuje se Stapleton. Po odjeći odvodi i pokojnika za Sir Henryja, a onda uz ogroman napor volje skriva svoje razočaranje.
Sljedećeg dana sir Henry odlazi sam u posjet Stapletonu, a Holmes, Watson i detektiv Lestrade, koji su stigli iz Londona, leže skriveni u močvarama blizu njihove kuće. Holmesovi planovi gotovo su srušeni maglom koja puze s boka. Sir Henry napušta Stapleton i kreće kući. Stapleton lansira psa stopama: golemi, crni, s gorućim ustima i očima (bili su razmazani fosforescentnim spojem). Holmes uspijeva ustrijeliti psa, iako je sir Henry još uvijek preživio živčani šok. Možda ga je još više šokirala vijest da je žena koju je volio bila Stapletonova supruga. Holmesa je pronašao vezanog u stražnjoj sobi - napokon se pobunila i odbila pomoći suprugu u lovu na sir Henryja. Ona prati detektive u dubinu groznice, gdje je Stapleton sakrio psa, ali nema tragova. Očito je močvara progutala negativca.
Kako bi poboljšali svoje zdravlje, sir Henry i dr. Mortimer kreću u put oko svijeta, a prije plovidbe posjećuju Holmesa. Nakon njihovog odlaska, Holmes pripovijeda Watsonu detalje ovog slučaja: Stapleton - potomak jedne od grana Baskervillesa (Holmes je to pogodio po svojoj sličnosti s portretom bezbožnog Huga), više puta je viđen u prijevari, ali uspio se sigurno sakriti od pravde. Bio je to čovjek koji je pozvao Lauru Lyons da prvo piše sir Charlesu, a zatim ju je prisilio da odbije sastanak. I ona i Stapletonova supruga bili su u potpunosti u njegovoj moći. Ali u ključnom trenutku Stapletonova supruga prestala ga je poslušati.
Završivši priču, Holmes poziva Watsona da ode u operu - na Huguenote.
