Slavni detektiv Sherlock Holmes in njegov prijatelj, pomočnik dr. Watson, pregledata trsa, ki ga je v stanovanju na Backer Streetu pozabil obiskovalec, ki je prišel v njihovi odsotnosti. Kmalu se je pojavil mojster trsa, zdravnik James Mortimer, mlad visok moški s tesno postavljenimi sivimi očmi in dolgim, štrlečim nosom. Mortimer bere stari rokopis Holmesu in Watsonu - legendo o groznem prekletstvu Baskervillov -, ki mu ga je ne tako dolgo nazaj zaupal njegov nenadoma umrli pacient in prijatelj Sir Charles Baskerville. Nesočen in inteligenten, nikakor ni nagnjen k fantazijam, sir Charles se je resno nanašal na to legendo in bil pripravljen na konec, ki mu ga je pripravila usoda.
V starih časih je bil eden od prednikov Charlesa Baskervilla, lastnika posestva Hugo, nebrzdan in krut. Hugo jo je ugrabil z neljubo strastjo do hčere kmeta. Potem ko je deklico zaklenil v zgornji komori, sta Hugo in njegovi prijatelji sestala na pogostitev. Nesrečna ženska se je odločila za obupno dejanje: spustila se je bršljan z grajskega okna in tekla domov skozi močvirje. Hugo je hitel za njo v spremstvu psov, njegovi tovariši pa so mu sledili. Na širokem travniku med močvirji so videli truplo ubežnika, mrtvega od strahu. V bližini je ležalo truplo Huga, nad njim pa je stala grozljiva pošast, podobna psu, a veliko večja. Pošast je mučila grlo Huga Baskervilla in iskrila z gorečimi očmi. In čeprav je pisatelj legende upal, da previdnost ne bo kaznila nedolžnih, je vseeno opozoril svoje potomce, naj bodo pozorni, da bodo »ponoči šli v močvirje, ko kraljujejo sile zla«,
James Mortimer pravi, da so Sir Charles našli mrtvega v uličici tise, blizu vrat, ki vodijo do močvirja. V bližini je zdravnik opazil sveže in jasne sledi ... ogromnega psa. Mortimer prosi za nasvet Holmesa, saj je dedič posestva, sir Henry Baskerville, iz Amerike. Dan po prihodu Henry Baskerville v spremstvu Mortimera obišče Holmes. Pustolovščine Sir Henryja so se začele takoj po prihodu: prvič, v hotelu je manjkal njegov čevelj, in drugič, prejel je anonimno sporočilo z opozorilom, "naj se ne zadržuje pred šotnimi barji". Kljub temu je odločen, da bo odšel v Baskerville Hall, Holmes pa z njim pošlje doktorja Watsona. Holmes sam ostaja posel v Londonu. Dr Watson pošlje Holmesu podrobna poročila o življenju na posestvu in poskuša ne pustiti ser Henryja samega, kar kmalu postane težko, saj se Baskerville zaljubi v gospodično Stapleton, ki živi v bližini. Gospodična Stapleton živi v hiši v močvirju z bratom entomologom in dvema hlapcema, brat pa jo ljubosumno varuje pred dvorjenjem sir Henryja. Ko je nad tem postavil škandal, Stapleton nato opraviči v dvorani Baskerville in obljubi, da ne bo oviral ljubezni Sir Henryja in njegove sestre, če se v naslednjih treh mesecih strinja, da bo zadovoljen z njenim prijateljstvom.
Ponoči na gradu Watson sliši ženske tresoče, zjutraj pa odkrije ženo butlerja Barrymoreja, ki joče. Sam Barrymore in on, sir Henry, uspeta ujeti dejstvo, da ponoči daje svečo skozi okno, iz močvirja pa mu odgovarja isto. Izkaže se, da se v močvirju skriva ubežni obsojenec - to je mlajši brat žene Barrymore, ki je zanjo ostal le nagajiv fant. Drugi dan se mora odpraviti v Južno Ameriko. Sir Henry obljubi, da ne bo izdal Barrymoreja in mu celo dal nekaj iz svojih oblačil. Kot da bi bil hvaležen, Barrymore pravi, da je na kaminu preživel košček napol zgorelega pisma sir Charlesu s prošnjo, da bi bil "ob vratih ob desetih ponoči". Pismo je podpisal L. L. " V soseski, v Kumb Tresi, živi gospa s takšnimi začetnicami - Laura Lyons. Watson gre naslednji dan k njej. Laura Lyons priznava, da je hotela Sir Charlesa zaprositi za denar, da se loči od moža, a je v zadnjem trenutku prejela pomoč "iz drugih rok". Naslednji dan je nameravala vsemu razložiti Sir Charlesa, a iz časopisov je izvedela za njegovo smrt.
Na poti nazaj se Watson odloči, da gre v močvirje: še prej je tam opazil moškega (ne obsojenca). Ko se pomiri, odide v dom neznanca. Na njegovo veliko presenečenje najde prazno kočo v prazno kočo, zapisano: "Dr. Watson je odšel v Kumb Tresi." Watson se odloči počakati stanovalca koče. Končno sliši bližajoče se korake in pika revolver. Nenadoma se zasliši znan glas: "Danes je tako čudovit večer, dragi Watson. Zakaj sedeti v zadregi? V zraku je veliko lepše. " Prijatelji komajda imajo čas za izmenjavo informacij (Holmes ve, da je ženska, ki jo Stapleton daje kot sestra, njegova žena, poleg tega je prepričan, da je Stapleton tisti, ki je njegov nasprotnik), ko slišijo grozen krik. Krik se ponovi, Holmes in Watson hitita na pomoč in si ogledata truplo ... bežijočega obsojenca, oblečenega v kostum sir Henryja. Pojavi se Stapleton. Po oblačilih odpelje pokojnika tudi za sir Henryja, nato z ogromnim trudom volje skriva svoje razočaranje.
Naslednji dan se sir Henry odpravi sam na obisk v Stapleton, Holmes, Watson in detektiv Lestrade, ki so prispeli iz Londona, pa ležijo skriti v močvirjih blizu njihovega doma. Holmesove načrte skoraj poruši megla, ki se plazi s strani močvirja. Sir Henry zapusti Stapleton in se odpravi domov. Stapleton izstreli psa po njegovih stopinjah: ogromen, črn, z gorečimi usti in očmi (zamazali so ga s fosforescentno spojino). Holmesu uspe ustreliti psa, čeprav je sir Henry še vedno preživel živčni šok. Morda ga je še bolj pretresla novica, da je ženska, ki jo je ljubil, Stapletonova žena. Holmesa jo najdejo privezano v zadnji sobi - končno se je uprla in zavrnila pomoč svojemu možu pri lovu na sir Henryja. Detektivce pospremi v globino tresenja, kjer je Stapleton skril psa, vendar sledov ni mogoče najti. Očitno je močvirje pogoltnil zlikovce.
Za izboljšanje zdravja se sir Henry in dr. Mortimer odpravita na potovanje po svetu in pred jadranjem obiščeta Holmesa. Holmes po njihovem odhodu Watsonu pove podrobnosti tega primera: Stapletona - potomca ene od vej Baskervilles (Holmes je to uganil po podobnosti s portretom brezbožnega Huga), so ga večkrat videli pri prevari, a se mu je uspelo varno skriti pred pravičnostjo. Bil je človek, ki je Lauro Lyons povabil, naj najprej piše sir Charlesu, nato pa jo prisilil, da zavrne zmenek. Tako ona kot tudi žena Stapletona sta bili v celoti v njegovi moči. Toda v ključnem trenutku ga je Stapletonova žena nehala ubogati.
Po zaključku zgodbe Holmes povabi Watsona, da gre v opero - k Huguenotom.
