Die gesamte Geschichte wird rückblickend von Adson von Melk erzählt.
Der Franziskaner William von Baskerville und sein Adlatus, der Novize Adson, reisen im Jahr 1327 in eine Abtei der Benediktiner im Ligurischen Apennin, wo William an einem theologischen Disput teilnehmen soll. Der Spirituale des Franziskanerordens Ubertino da Casale befindet sich bereits in dem Kloster. Bei der Ankunft fragt William den Abt des Klosters Abbo von Fossanova nach einem kürzlichen Todesfall, nachdem er bei seiner Ankunft entsprechende Hinweise darauf wahrgenommen hatte. Der Abt berichtet, wie der Mönch und Illustrator Adelmo von Otranto grausam entstellt außerhalb der Klostermauer unterhalb eines Turms gefunden worden sei und alles auf einen übernatürlichen Vorgang hindeute, da das Fenster, unter dem Adelmo gefunden wurde, nicht geöffnet werden könne.
William löst das Rätsel. Es schließt sich jedoch eine Mordserie an mehreren Mönchen an. Das nächste Opfer ist der Griechischübersetzer Venantius von Salvemec. Er wird in der Metzgerei des Klosters aufgefunden, kopfüber in einem großen Kessel voller Schweineblut. Schnell verbreitet sich unter den Mönchen die Befürchtung, die Apokalypse sei eingetreten, weil die Begleitumstände der Todesfälle Ähnlichkeiten mit einer Passage der Johannesoffenbarung aufweisen. So wird – ebenso vermeintlich auf die Johannesoffenbarung deutend – der Gehilfe des Bibliothekars Malachias von Hildesheim, Berengar von Arundel, ertrunken in einem Badezuber mit Wasser gefunden. Bei der Obduktion entdeckt William aber, dass der Ertrunkene geschwärzte Finger und eine geschwärzte Zunge hat; die Indizien weisen auf eine Vergiftung hin. Außerdem findet er eine Reihe von Hinweisen, die darauf schließen lassen, dass die Ursache der seltsamen Ereignisse im Kloster nicht die nahende Apokalypse, sondern der Diebstahl eines griechischen Buches aus der Bibliothek des Klosters ist.
Williams Untersuchungen ergeben schließlich, dass Adelmo Selbstmord beging, da er Berengar, dem Gehilfen des Bibliothekars, für sexuelle Handlungen zur Verfügung stand und mit seiner Schuld nicht leben konnte. Berengar hatte Adelmo dafür Zugang zu dem griechischen Buch gewährt. Vor seinem Selbstmord vertraute Adelmo sich dem Griechischübersetzer Venantius an und verriet ihm, wo man das Buch finden könne. Auch Venantius starb, nachdem er darin gelesen und sich Notizen gemacht hatte. Bei einem Besuch im Skriptorium verhinderte Berengar, dass William das Buch entdeckte, und schlich sich in der folgenden Nacht in den Schreibsaal, um das Buch an sich zu nehmen. Nachdem er darin gelesen hatte, verspürte er starke Schmerzen, die er mit einem Bad zu lindern versuchte. Dabei ertrank er. Vorher versteckte er jedoch das Buch in den Räumen des Heilkundigen Severinus von St. Emmeram. Severinus wird später von dem Bibliothekar Malachias ermordet, der das Buch an sich nimmt.
Während William und Adson den Mörder suchen, lernt Adson während einer nächtlichen Verfolgung ein Bauernmädchen in der Klosterküche kennen, das ihn verführt. Es wird später von dem mit einer der Verhandlungsdelegationen angereisten Inquisitor Bernardo Gui verhaftet und der Hexerei beschuldigt. Bernardo Gui verurteilt außerdem den Kellermeister des Klosters, Remigio da Varagine, sowie seinen buckligen Gehilfen Salvatore zum Tode, da diese in der Vergangenheit den Apostelbrüdern des Fra Dolcino angehörten, die reiche Kleriker ermordeten. Später stirbt auch der Bibliothekar Malachias in der Kirche des Klosters während der Messe an einer Vergiftung.
William findet schließlich heraus, dass der blinde Mönch Jorge de Burgos die Morde verübt hat, damit das Vorhandensein des verschollen geglaubten „Zweiten Buches der Poetik“ des Aristoteles in der Bibliothek geheim bleibe, weil dessen Inhalt nach Jorges Überzeugung die Kirche bedroht, da die Ausführungen des antiken Philosophen zur Komödie auch die Religion der Lächerlichkeit preisgäben. Jorge hatte daher die rechte obere Ecke der rechten Seiten des Buches mit einem Gift bestrichen, so dass jeder, der in dem Buch las und sich den Finger zum Umblättern der Seiten mit der Zunge befeuchtete, vergiftet wurde. Als Jorge sich überführt sieht, verbrennt er das Buch in der Bibliothek, die dann mit dem gesamten Buchbestand in Flammen aufgeht. Jorge wird von herabstürzenden brennenden Balken erschlagen. Während des Brandes entkommt das zum Tode verurteilte Mädchen dem Scheiterhaufen, der Kellermeister und sein Gehilfe verbrennen indes. Der fliehende Inquisitor Bernardo Gui kommt ebenfalls ums Leben, als seine Kutsche von der aufgebrachten Dorfbevölkerung in den Abgrund gestürzt wird. William rettet sich mit einigen wenigen wertvollen Schriften aus der brennenden Bibliothek und verlässt nun, da der theologische Disput beendet und die Rätsel gelöst sind, das Kloster gemeinsam mit Adson. Dieser überlegt in der Schlussszene kurz, ob er sich statt seines Meisters lieber dem Mädchen anschließen soll, und entscheidet sich am Ende für William. Den Namen des Mädchens hat er nie erfahren