年老的漁夫桑提亞哥在海上捕魚，前84天一無所獲，第85天，他冒險去從未去過的深海打魚。
他發現一條大馬林魚，耗時3天刺死了它，回歸途中遭到鯊魚五次襲擊，他用魚叉、船槳和刀子反擊，歷盡千辛萬苦，終于回到港口，但巴林魚僅剩下五幅巨大的白骨架。
桑提阿果年齡越來越大了，運氣似乎也更糟了。
84天以來，他天天出海，卻又天天空船而歸，連他的帆看上去都像是一面“標志著老打敗仗的旗子”。
他的老伴死了，以前跟他打魚的小孩曼諾林也在父母的強迫下，到其他船幫忙去了。但曼諾林很尊重老人，每見老頭回來，總要走下岸去，幫他收拾釣絲、魚鉤、魚叉什么的。老人的陋屋空空如也，老人與小孩說著晚上的飯菜(其實并不存在)，談著喜愛的棒球隊，將對話日復一日繼續下去。曼諾林照顧著老人，為他買來便餐，準備好明日用的魚餌。
老人睡了，他不再像年輕時那樣老夢見狂風巨浪、大魚、搏斗之類的事，而是夢見異域他鄉和沙灘上的頑皮可愛的獅子。
這是老人沒打到魚以來的第85天出海了。天氣晴朗，海面平靜。他向遠海劃去，決心沖破霉運，捕一條大魚。他一面劃船，一面與大海、魚、海鳥交談，自孩子曼諾林離開他以后，他便養成了這種自言自語的習慣。
他感到釣竿動了。他覺得在下面100尋深處，一條馬林魚正吃著鉤尖上的沙丁魚。他拉拉釣絲，知道魚很大。
魚很聰明，上鉤后并不驚惶失措猛拉猛扯，它只是拉著小船向浩渺的海面緩緩游去。整個白天在奇怪的旅行中度過了。老人拉著釣絲的肩酸痛異常。此時，他多渴望孩子仍舊留在他身邊，那就能搭一把手了。同時，他對魚也產生了奇怪的感情，他欣賞魚的勇氣和聰明。
夜里，老人很疲乏，他希望自己能睡上一會兒。
第二天，老人除了深深的疲憊外，左手又開始抽筋，而且痛得厲害。他終于看見了浮出海面的魚，它比小船還長，非常漂亮。午后，抽筋停止了，老人吃了點生魚，為即將到來的抗衡積蓄能量。夜里，老人的手在魚的又拉又跳中，皮開肉綻，鮮血淋漓。
第三天，魚開始打轉兒，這是較量即將結束的跡象。魚露出水面，老人努力將它拽近些，再拽近些。他忍住一切疼痛，使出全身力氣，將魚叉干凈利落地扎進魚腰。大魚很快在掙扎中死去，老人將它捆在船邊，開始返航。
可是，老人的麻煩并未結束。死魚的血招來了鯊魚。它們循著航線游來，大口大口地咬掉魚肉。老人成功地殺死了一條鯊魚，但鯊魚下沉時也帶走了魚叉，不得已，老人只好湊合著用刀子、棍子、船舵與鯊魚們搏斗。當半夜小船駛進港時，晝夜的搏斗已使老人筋疲力竭了。那條大魚也已殘缺不全，它的美麗和它那貴重的魚肉都已不復存在。
老人悲哀而寂寞地放下桅桿，收拾起損壞了漁具，神情恍惚、踉踉蹌蹌地走回自己的陋屋。他已疲憊不堪，趴著身子便沉沉睡去。
孩子曼諾林先是為老人的遭遇哭泣，然后給他送來熱咖啡，他表示無論父母怎么反對，他也要跟老頭兒一起打魚。
大魚只剩下一根粗大的魚骨，被扔在垃圾堆里。茅棚里，喝過咖啡的老頭兒又睡著了，他正夢見獅子。孩子曼諾林陪在他的身邊。
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