卡西莫多是一个弃婴，在复活节之后的第一个星期日，即卡西莫多日，在圣母院门口被人发现。由于相貌奇丑无比、面目狰狞，当时有许多人围观，却没有人愿意收养他。
正巧克洛德·弗洛罗经过，看见婴儿弃置在弃婴木架上，他立即想起了从小与自己相依为命的可怜的弟弟，于是怜悯之心油然而生，遂将婴儿抱走。弗洛罗决心将婴儿抚养长大。他为婴儿取名卡西莫多，将他收为养子，让他留在圣母院内做敲钟人。
命运悲惨的卡西莫多，天生独眼、驼背、跛足，十四岁上又被钟声震破了耳膜，成了聋子。原本造化为他向外界敞开的唯一门户也被永远关闭了，这一关闭也截断了他唯一欢乐的光明，他的灵魂从此坠入无边的黑夜，他开始变得乖戾、疯狂。
周围人的歧视、嘲讽、讥笑使他对一切事物充满了敌意。只有一个人被他排除在所有的恶意和仇恨之外，那就是克罗德·弗洛罗。自幼便遭社会摈弃的卡西莫多把克罗德看做是自己的恩人，十分地敬重这位副主教，对他的话也是言听计从。但其实，这位道貌岸然的副主教实际上却是蛇蝎心肠，是一个不折不扣的虚伪、奸诈、好色之徒。
“愚人节”那天，流浪的吉卜赛艺人在广场上表演歌舞，其中有个叫埃斯梅拉达的吉卜赛姑娘更是吸引了来往行人的目光，她长得美丽动人，舞姿也非常优美，令大家赞叹不已。这时，她的表演也引起了巴黎圣母院副主教克罗德的注意。
他和人一样，也一下子对美丽的埃斯梅拉达着了迷，他内心燃烧着情欲之火，疯狂地爱上了她。一心想得到埃斯梅拉达的克罗德于是命令教堂敲钟人——相貌奇丑无比的卡西莫多去把埃斯梅拉达抢来。一向十分信赖他的卡西莫多听从了他的差遣，一路跟随吉卜赛姑娘准备将她劫持。
流浪诗人格兰瓜尔在街上看到埃斯梅拉达的表演，也被她的美貌所吸引，不知不觉跟着她进了小巷，正巧撞见前来绑架吉卜赛女郎的卡西莫多。格兰瓜尔上前阻止，却被强壮的卡西莫多打昏过去。
卡西莫多抱起女孩准备回去交给副主教，宫廷弓箭队队长菲比斯闻声赶来，将埃斯梅拉达救下，并逮捕了卡西莫多。
这一举动触发了少女的爱情，美丽的姑娘被这位外貌俊朗的年轻队长所打动，对他一见钟情，深深爱上了他。但其实埃斯梅拉达是被他的外表所骗了。菲比斯事实上是个无情无义、只知道到处寻欢作乐、十分轻浮和浅薄的家伙。
被打昏的格兰瓜尔这时慢慢醒来，恍恍惚惚地闯入了光怪陆离的乞丐王国——“奇迹王朝”。那里住满了被社会歧视的无赖汉和乞丐们。
胆战心惊的格兰瓜尔被三个壮汉抓到了“王上”面前。长期受“正派市民”刻薄对待的乞丐们坚持要以同样的方式来报复，决定吊死擅自闯入的诗人。
而他唯一可以脱险的机会就是与那里的某个女人结婚，以此成为乞丐王国的一员，倒霉的格兰瓜尔恳求了好几位女孩都没有成功。正在乞丐们准备行刑之际，埃斯梅拉达出现了，出于同情，为了救这个素未谋面的陌生人，善良的吉卜赛女孩自愿接受格兰瓜尔作为自己的丈夫，使他免于一死。
与此同时，可怜的卡西莫多则因绑架而遭到惩罚，代人受过，成为牺牲品。在一番闹剧般的审判之后，敲钟人被判处到广场中央受鞭笞之刑。行刑当日，他被绑在耻辱柱上，至于烈日下忍受鞭刑。疼痛难当、口渴难耐的卡西莫多大声喊着要喝水，围观的众人对他不但没有同情，反而都像看马戏表演一般不停地嘲笑他，一副幸灾乐祸的模样，还用石块、罐子砸他。
他的养父，罪魁祸首弗洛罗经过之后也只当没看见，掉头就走。心地善良的埃斯梅拉达却在此时出现了，她没像其他人一样责怪、嘲笑绑架自己的卡西莫多，反而不计前嫌，取来水喂他喝。埃斯梅拉达的做法令卡西莫多感动不已。敲钟人外貌丑陋，但内心纯洁高尚，他非常感激埃斯梅拉达，也深深地爱上了她。
天真的埃斯梅拉达对菲比斯一见钟情，便与他约会。二人约定见面的当天，副主教克罗德悄悄尾随。出于嫉妒、报复心理，克罗德用刀刺伤了菲比斯，受惊过度的埃斯梅拉达当即昏倒，克罗德立即逃跑，并将罪行嫁祸给可怜的女孩。
于是，无辜的吉卜赛女孩因杀人罪而被逮捕，她还以为菲比斯已死，也陷入了无比痛苦中。接受审判的时候，埃斯梅拉达起先当然不肯承认罪名，但后来被屈打成招，她受不了“穿铁靴”的酷刑，承认了罪行，因此被法庭判处绞刑。当晚，案件的真凶——阴险的克罗德来到监狱，向可怜的埃斯梅拉达表达了自己的爱意，并以带她离开为条件，想逼埃斯梅拉达就范，但是被女孩断然拒绝。
第二天，埃斯梅拉达被押赴刑场时，看见曾对自己情意绵绵的菲比斯跟一个女子在路边冷眼旁观，一副事不关己的样子。沉重的打击使她几乎昏倒在地。此时，一直默默爱着她的钟楼怪人卡西莫多挺身而出，劫了法场，把埃斯梅拉达从绞刑架上救下，抱进了巴黎圣母院内蔽了起来，并对她照顾有加。
阴险的克罗德对埃斯梅拉达仍不死心，他找到女孩房间的钥匙，半夜潜入屋子准备奸污埃斯梅拉达。紧急关头，女孩吹响了卡西莫多交给自己的哨子。敲钟人及时赶到，黑暗中将潜入者扔出屋去。月光下，他猛然发现这个企图侮辱埃斯梅拉达的男子竟是他一直敬重的克罗德副主教。恼羞成怒的克罗德气冲冲地离开，嫉妒之情在他心中越发强烈。他下定决心：如果自己得不到女孩就将她毁灭。
法庭得知死刑犯被劫的消息后大为恼火，又受到教会的挑动，于是扬言一定要捉拿少女，派官兵到处搜捕。乞丐们闻讯后，都纷纷前来营救，决定冲进圣母院救出埃斯梅拉达，杀死卡西莫多。一心想要巩固王位的国王路易十一得知暴动的真正目的后，下了一道“把平民杀尽，把女巫绞死”的诏令，坚决镇压暴动，致使圣母院门前横尸遍地，周围变成了一片血海。
无赖汉们围攻主教堂的时候，埃斯梅拉达正在睡觉，惊醒后看见面前站着两个黑衣人。一个是她的“丈夫”格兰瓜尔，另一个则一直默不作声，带着他们来到滩边坐船离开。靠岸之后，格兰瓜尔带着女孩的山羊离开，而埃斯梅拉达则被陌生人拉着，一路狂奔，来到了广场中央的绞刑架前。陌生人掀起风帽，女孩这时才认出这正是屡次企图侵犯她的副主教克罗德。
这位副主教对埃斯梅拉达进行最后威胁：要她在自己和绞刑架之间作选择。又一次被拒绝后，他把女孩交给一位隐修女看管，自己则去找禁卫军告密。年迈的隐修女无意间发现眼前这位漂亮的姑娘竟是自己寻找了15年的女儿。
军队也在这时赶到，领队的正是菲比斯。百感交集的母亲奋力保护自己的女儿，在一阵混乱中，头撞石板而死。而无辜的姑娘最终也没能逃脱被绞死的厄运。
卡西莫多发现埃斯梅拉达不见了，焦急地四处寻找，他想起只有副主教克罗德有通到塔上的楼梯的钥匙；他又记起副主教那天黑夜对少女的偷袭；他记起了成千的细节详情，断定埃斯梅拉达被副主教劫持了。
可是长期以来，他对于那牧师是这样的崇敬，他对这人的感恩、崇拜和爱慕，已经深深印到心里。疑惑、失望、痛心，种种感情纠结在了一起。正在此时，他发现了克罗德的身影，于是尾随他来到塔顶，亲眼看见埃斯梅拉达被绞死。伤心欲绝的卡西莫多明白了一切，他无比愤怒，从背后用力将这位虚伪、邪恶的副主教从圣母院的塔顶推了下去。
大约两年之后，人们在埋葬死刑犯的地穴发现了两具骷髅。一具是一个女子的，另一具骨骼歪斜，以奇特的姿态抱着女尸骨。人们想把他从他所搂抱的那具骨骼分开来时，他霎时化作了尘土。