流落在楚州的秀才窦天章，因欠当地蔡婆婆连本加利四十两银子无力偿还，只得将自己七岁的独生女儿卖给蔡婆婆做童养媳。此后，窦天章得了蔡婆婆十两银子作路费，自己赴京赶考去了。

十三年后，蔡婆婆迁居山阳县。窦娥与蔡婆婆的儿子结婚后，没过多久蔡婆婆的儿子就死了，窦娥只能和蔡婆婆相依为命。

一天，蔡婆婆向赛卢医讨债，赛卢医把蔡婆婆骗到郊外，企图勒死她。恰巧被流氓无赖张驴儿和他的父亲遇见了，两人遂将蔡婆婆救下。

张氏父子得知蔡婆婆家里只有婆媳两人，且都是寡妇，就强迫她们婆媳嫁给他们父子。蔡婆婆无奈，把张驴儿父子带到家中。张驴儿死赖着不走，逼迫窦娥与他成婚，窦娥坚决不从。

一次，张驴儿趁蔡婆婆生病，向赛卢医讨来毒药，暗中放在窦娥为蔡婆婆做的羊肚儿汤中，想毒死蔡婆婆，逼窦娥允婚。不料蔡婆婆那日呕吐没胃口，便把汤让给了张驴儿的父亲，张父因此一命呜呼。张驴儿反咬一口，诬陷窦娥杀人，借机逼婚。张驴儿逼婚不成，一气之下便将窦娥告到官府。

楚州太守桃杌(56)是个贪官污吏，根本不听窦娥的申诉，要用重刑拷打。窦娥怕年老的婆婆受不住拷打，就一人承担了罪名，被判处死刑。

窦娥被押上了刑场，她有冤难诉，气得指天骂地，并且连发下三桩誓愿：一要被斩后鲜血飞上白练，半滴不落尘埃；二要六月降雪，掩埋尸骸；三要楚州三年大旱，以示惩罚。结果，这三桩誓愿在窦娥死后都实现了，由此也证明了窦娥的冤屈。

窦娥死后的第三年，寻找女儿多年的窦天章以提刑肃政廉访使的职务来到楚州视察刑狱，审理案卷、检查贪官污吏。这时，窦娥的冤魂出现，向父亲痛诉冤情。窦天章这才将张驴儿、赛卢医、桃杌等人捉拿归案，使奸人受惩，窦娥的冤案得以平反昭雪。