Повествование ведётся от первого лица, действие происходит где-то в северной части Англии в конце эпохи царствования Георга III. Родители Джейн Эйр умерли, когда она была совсем маленькой, и её взял к себе брат её матери мистер Рид, который вскоре тоже умер. Повествование начинается, когда Джейн всего десять лет. Это маленький и слабый здоровьем впечатлительный ребёнок с живым характером, замкнутый скорее в силу необходимости, чем нрава. Она живёт в поместье Гэйтсхед, принадлежащем её тёте, Саре Рид, властной и эгоистичной женщине, чьи дети, кузены Джейн — Джон, Элиза и Джорджиана, — ей под стать. Все в доме обращаются с маленькой Джейн крайне несправедливо. Джейн очень хочется заслужить любовь тёти, но та едва переносит её. Дело в том, что брак родителей Джейн был мезальянсом — её мать, будучи девушкой из хорошей семьи, вышла замуж за бедного викария, из-за чего вся семья, кроме её брата, мистера Рида, отреклась от неё. Более-менее хорошие отношения у Джейн только со служанкой Бэсси Ли. Однажды конфликт достигает критической точки. Джон Рид в кровь расшибает Джейн голову и, когда он вновь замахивается, она с яростью бросается на него. Немедленно прибежавшая на крики миссис Рид снова не заметила раны Джейн и наказала её, отправив в Красную комнату, где умер когда-то мистер Рид. Джейн умоляет наказать её как-то иначе, но напрасно. Девочка думает, что в Красной комнате живёт призрак ее дяди. От страха Джейн становится плохо, она теряет сознание.

Вызванный миссис Рид аптекарь мистер Ллойд, поняв ситуацию, советует миссис Рид отправить племянницу в школу. Выбор миссис Рид падает на Ловудскую школу для девочек, но она просит наставника школы, мистера Брокльхерста, предупредить всех, что ее племянница лгунья. Когда тот уходит, гнев охватывает Джейн, она даёт волю своей ненависти к тёте и кричит, что на самом деле лгунья не она, а тётя, и что ее дети тоже растут лгуньями (особенно младшая дочь Джорджиана), она никогда не простит свою благодетельницу, как называют миссис Рид её знакомые. Несмотря на публичное обвинение во лжи и отвратительном характере, отношения Джейн с ученицами и учительницами складываются хорошо. Её поддерживают директриса Мария Темпль и Элен Бёрнс, девочка постарше её, которая поражает Джейн своими познаниями, силой духа и христианским смирением. Джейн прилежно занимается, она стремится научиться как можно большему. Но в Ловуде тяжёлые условия содержания, так как Брокльхерст обожает ханжеские нравоучения о пользе смирения плоти и не заботится о том, что девочки постоянно голодны и мёрзнут.

С наступлением весны в школе начинается массовая эпидемия тифа и многие умирают. Джейн оказывается в числе здоровых, а Элен, избежав тифа, умирает фактически на руках у Джейн от чахотки, которой давно была больна. После этого Брокльхерста отстраняют от единоличного управления, назначив в школе попечительский совет, и условия жизни в школе становятся нормальными. Джейн проводит в Ловуде восемь лет: шесть лет в качестве ученицы и ещё два — в качестве учительницы.

Когда уезжает вышедшая замуж директриса мисс Темпль, все эти годы бывшая другом и наставницей Джейн, то её душа просит чего-то иного, каких-то перемен. Дав объявление в местной газете о поиске работы, она получает место гувернантки для 9-летней француженки Адели Варанс в поместье Торнфильд. Жизнь в поместье очень тихая и уединённая. Помимо Адели в доме живут экономка, простая милая старушка-вдова Алиса Фэйрфакс, и несколько слуг, в числе которых угрюмая швея Грейс Пул — странная, зловещая, нелюдимая пьяница. Осматривая первый раз дом, Джейн слышит странный смех, но миссис Фэйрфакс убеждает девушку, что это Грейс в очередной раз перебрала виски. Всё меняется с внезапным приездом хозяина поместья, опекуна Адели, мистера Эдварда Рочестера. Это человек некрасивой внешности и сложного нрава, сильный, ироничный, угрюмый и уверенный в себе. В его прошлом таятся какие-то несчастья, которые тяготят его. Рочестер часто беседует с Джейн, и скоро она привыкает к его резкому тону и перемене настроений. Ей интересен этот новый, непонятный характер.

Джейн Эйр впервые встречает мистера Рочестера
Однажды ночью Джейн видит в коридоре дым — это горит комната мистера Рочестера. Она спасает ему жизнь, разбудив его, и помогает погасить пожар. Девушка считает, что это дело рук Грейс Пул, даже уговаривает хозяина уволить Грейс (ее алкоголизм очевиден всем в доме), но Рочестер просит Джейн никому не рассказывать о случившемся и убеждает, что побеседовал с Грейс и ничего подобного больше не случится. Джейн понимает, что хозяин стал ей слишком дорог. Она изо всех сил борется с этой любовью, но это выше её сил. К тому же ей кажется, что и она небезразлична мистеру Рочестеру. Вскоре мистер Рочестер приглашает в дом гостей. Всем становится ясно, что Рочестер собирается жениться на красавице аристократке Бланш Ингрэм из одного из соседних поместий. Джейн непонятны мотивы этого брака — посмотрев на пару, она понимает, что мистер Рочестер не любит её. В это время приезжает некий Ричард Мейсон из Вест-Индии — а ночью раздаётся страшный крик. Мейсон ранен, на его плече кровавая рана со следами укусов. И снова Грейс Пул даже не отсылают из дома, а случившееся объясняется тем, что кричала служанка, которой приснился кошмар. Правду о ране знают только сам Рочестер и Джейн.

За Джейн присылают — миссис Рид при смерти после апоплексического удара, хватившего ее после самоубийства Джона, который погряз в долгах. Сара Рид кается в грехе перед Джейн — во-первых, она нарушила данное мужу обещание растить племянницу как родную дочь, а во-вторых, она не переслала ей за три года до того письмо её дяди. В то время к ней приезжал брат отца Джейн, успешный предприниматель, имеющий винодельческие плантации на Мадейре и большой доход. Он не имел семьи и, зная, что у его покойных брата и невестки была дочь, хотел удочерить племянницу и сделать её своей наследницей. Но Сара Рид, за глаза обзывая дядю Джейн «паршивым торговцем», в ответ написала ему, что Джейн стала жертвой ловудской эпидемии тифа, ничего не сообщила Джейн о его приезде и не переслала ей его письмо. Умирающая тётя показывает Джейн письмо, уговаривает племянницу простить её перед смертью и написать дяде правду, что его племянница жива и здорова. Джейн прощает её, но тётка даже перед смертью отказывается с ней помириться и умирает.

Мистер Рочестер переодевается гадалкой
После похорон тёти Джейн возвращается в Торнфильд. Гости разъехались, и жизнь вернулась в прежнее русло. Однажды Рочестер объявляет Джейн, что решил жениться и нашёл ей новое место. Она старается скрыть своё отчаяние, но готова примириться с переменами, ее волнует только судьба юной Адели: примет ли её новая жена опекуна. Вдруг Эдвард Рочестер говорит, что любит только Джейн и просит стать его женой. Сначала Джейн не верит, но убедившись в его искренности, соглашается. Во время помолвки Джейн написала письмо своему дяде, сообщая о предстоящем замужестве. В день свадьбы в церкви появляется поверенный из Лондона, присланный дядей Джейн, который объявляет, что свадьба невозможна: мистер Рочестер женат. Это подтверждает Мейсон — он брат жены Рочестера. Вовсе не Грейс Пул пыталась поджечь дом и ранила Мейсона, напротив, она приставлена следить за безумной супругой Рочестера, Бертой, и пьёт из-за постоянного стресса. Рочестер зовёт всех в дом, где знакомит Джейн и священника с Бертой — буйнопомешанной в третьем поколении.

Джейн уходит к себе и оплакивает свою любовь. Выйдя, она натыкается на Рочестера, сидящего у дверей её комнаты. Он умоляет простить его и рассказывает свою историю. Берта происходит из богатой семьи, и в ранней молодости Рочестера ловко женили на ней, дабы не оставить его со скромными средствами к существованию, ибо титул баронета, деньги и поместья Рочестеров после смерти его отца отходили его старшему брату Роланду. От него скрыли её семейную склонность к безумию, а когда же он, не в силах бороться с порочным, развратным нравом жены, захотел развестись, то врачи уже установили, что она душевнобольная, а тогда закон не разрешал разводы в таких случаях. По иронии судьбы Роланд не намного пережил отца, так что Эдвард быстро унаследовал и титулы, и капитал, и имения за старшим братом. Рассказав все это, Рочестер заклинает Джейн уехать с ним в Европу. Но она не может идти против совести и нарушить христианские заповеди.

Выдержав страшную борьбу с собственным сердцем, она ночью тайно уходит, садится в дилижанс, отдав последние деньги, и уезжает как можно дальше в первом попавшемся направлении. Она забывает свёрток с едой и кое-какими вещами в карете и остаётся совсем без средств. Несколько дней она скитается, голодает и ночует под открытым небом — у неё нет ни денег, ни крова. Она пытается найти работу, но тщетно. Наконец в страшный ливень она в изнеможении падает на ступени дома, где её, едва живую, подбирает преподобный Сент-Джон Риверс, местный викарий. Диана и Мэри, его сёстры, подрабатывающие гувернантками, очень дружелюбны, они ухаживают за Джейн, пока та болеет. Когда она, назвавшись вымышленной фамилией Эллиот, приходит в себя, то Риверс устраивает её учительницей в сельской школе. Джейн с энтузиазмом берётся за дело, и хотя поначалу она встречает невежество и отсутствие манер учениц, вскоре ситуация понемногу меняется к лучшему. Джейн любят и уважают в округе, её девочки делают успехи и она была бы счастлива, если бы не горькие сожаления, тоска о покинутом и любимом хозяине — и отчаянный страх, что он погубит себя. В то же время она вскользь узнаёт от Сент-Джона, Дианы и Мэри, что некоторое время назад у них умер очень богатый дядя по материнской линии, который в своё время поссорился с их отцом и обошёл племянников наследством, а всё своё состояние завещал другой своей племяннице — некой никогда не виданной ими двоюродной сестре.

Однажды Джейн пишет портрет девушки, в которую влюблён Сент-Джон, и случайно подписывает его своим настоящим именем: «Джейн Эйр». Не заметив этого, она показывает портрет Сент-Джону. Её личность раскрывается, после чего Сент-Джон сообщает ей, что их мать была урождённой Эйр, то есть, она была сестрой отца Джейн и, соответственно, она и есть та самая их кузина, которая унаследовала от их общего дяди всё состояние — огромную по тем временам сумму в 20000 фунтов. Джейн счастлива, что обрела семью, и рада и потрясена так неожиданно свалившимся ей на голову богатством. Она решает перестать преподавать и передаёт школу другой учительнице, хотя и не может пока решить, что будет делать дальше. Она поровну делит своё наследство с кузенами и поселяется в их доме, заново обустроив его, чтобы сделать приятное и себе, и им, таким образом обозначив начало новой жизни. Она просит своих двоюродных сестёр Диану и Мэри вернуться домой из Лондона, где они служат у чужих людей, потому что теперь они обеспечены, и им больше не нужно работать. Они возвращаются в свой родной дом. Семья воссоединяется, и все живут счастливо. Джейн счастлива, потому что наконец-то обрела настоящую семью, которой у неё никогда не было. Всё это время Сент-Джон внимательно наблюдает за ней. Он незаурядный, противоречивый человек: обуреваемый страстями, честолюбивый, но вместе с тем холодный и рассудительный. Он собирается стать миссионером и уехать в Индию, преодолевая в этом стремлении даже свою пылкую страсть к юной богатой красавице мисс Розамунде Оливер. Незадолго до отъезда Сент-Джон просит Джейн выйти за него замуж, потому что она как никто подходит для роли жены миссионера. После недолгого сопротивления Джейн даже соглашается ехать с ним в Индию — но не стать его женой. Однако это не устраивает Риверса, и он почти уговаривает её — но в последний решающий миг она слышит доносящийся откуда-то голос Рочестера, зовущий её — Джейн, Джейн, Джейн; это голос её хозяина, как она называет мистера Рочестера. Она отвечает на зов и, словно проснувшись, убегает от Сент-Джона. Девушка ничего не знает о своём хозяине; тревожась за него, она несколько раз писала миссис Фэйрфакс, но ответа не получила.

Теперь Джейн решает узнать, где он и что с ним — и лишь потом принять окончательное решение. Торнфильд встречает её мёртвыми, обгоревшими руинами. Пережив смертельный страх, Джейн затем узнаёт, что Берта подожгла дом и прыгнула с крыши, а Эдвард, пытавшийся её спасти, искалечен: он ослеп на один глаз (потеряв при этом второй) и потерял кисть руки. Узнав, что теперь он живёт в своём другом глухом поместье Ферндин, она немедленно едет туда.

Приехав, она застаёт Рочестера сломленным, в совершенно угнетённом состоянии духа. Он долго разыскивал её и уже считал погибшей, но, вновь встретив Джейн, Рочестер воскресает духом. Джейн ожидает, что он тут же попросит её выйти за него замуж — но он стыдится своего уродства и своей беспомощности. Однако она убеждает его в своей верности, любви и преданности, и в конце концов Рочестер снова просит её стать его женой. Она соглашается. Рочестер рассказывает Джейн, что за несколько дней до этого он звал её, сидя у своего окна, теми самыми словами, которые она слышала, и Джейн, сопоставив слова и время, понимает, что каким-то непостижимым образом в тот самый вечер, в ту самую минуту она слышала его призыв за много миль. Она потрясена, потому что понимает, что произошло что-то, пока ещё неизвестное науке и недоступное людскому пониманию. Решив уберечь своего хозяина от новых потрясений, она ничего не говорит ему об этом.

Книга завершается финалом, разворачивающимся 10 лет спустя. Джейн и Эдвард счастливо женаты, у них растёт общий сын, к Эдварду частично вернулось зрение в уцелевшем глазе. Диана и Мэри тоже вышли замуж за достойных людей. Адель живёт в школе, Джейн навещает её и иногда берёт домой. Сент-Джон уехал из Англии в Индию и вступил на избранный им путь миссионера. По его письмам видно, что он предвидит свою близкую кончину. Джейн понимает, что следующее письмо из Индии уведомит её о смерти её двоюродного брата