Родители десятилетнего Лужина к концу лета наконец решаются сообщить сыну, что после возвращения из деревни в Петербург он пойдёт в школу. Боясь предстоящего изменения в своей жизни, маленький Лужин перед приходом поезда убегает со станции обратно в усадьбу и прячется на чердаке, где среди прочих незанимательных вещей видит шахматную доску с трещиной. Мальчика находят, и чернобородый мужик несёт его с чердака до коляски.

Лужин старший писал книги, в них постоянно мелькал образ белокурого мальчика, который становился скрипачом или живописцем. Он часто думал о том, что может выйти из его сына, недюжинность которого была несомненна, но неразгаданна. И отец надеялся, что способности сына раскроются в школе, особенно славившейся внимательностью к так называемой «внутренней» жизни учеников. Но через месяц отец услышал от воспитателя холодноватые слова, доказывающие, что его сына понимают в школе ещё меньше, чем он сам: «Способности у мальчика несомненно есть, но наблюдается некоторая вялость».

На переменах Лужин не участвует в общих ребяческих играх и сидит всегда в одиночестве. К тому же сверстники находят странную забаву в том, чтобы смеяться над Лужиным по поводу отцовских книжек, обзывая его по имени одного из героев Антошей. Когда дома родители пристают к сыну с расспросами о школе, происходит ужасное: он как бешеный опрокидывает на стол чашку с блюдцем.

Только в апреле наступает для мальчика день, когда у него появляется увлечение, на котором обречена сосредоточиться вся его жизнь. На музыкальном вечере скучающая тётя, троюродная сестра матери, даёт ему простейший урок игры в шахматы.

Через несколько дней в школе Лужин наблюдает шахматную партию одноклассников и чувствует, что каким-то образом понимает игру лучше, чем играющие, хотя не знает ещё всех её правил.

Лужин начинает пропускать занятия — вместо школы он ездит к тёте играть в шахматы. Так проходит неделя. Воспитатель звонит домой, чтобы узнать, что с ним. К телефону подходит отец. Потрясённые родители требуют у сына объяснения. Ему скучно что-либо говорить, он зевает, слушая наставительную речь отца. Мальчика отправляют в его комнату. Мать рыдает и говорит, что её обманывают и отец, и сын. Отец думает с грустью о том, как трудно исполнять долг, не ходить туда, куда тянет неудержимо, а тут ещё эти странности с сыном...

Лужин выигрывает у старика, часто приходящего к тёте с цветами. Впервые столкнувшись с такими ранними способностями, старик пророчит мальчику: «Далеко пойдёте». Он же объясняет нехитрую систему обозначений, и Лужин без фигур и доски уже может разыгрывать партии, приведённые в журнале, подобно музыканту, читающему партитуру.

Однажды отец после объяснения с матерью по поводу своего долгого отсутствия (она подозревает его в неверности) предлагает сыну посидеть с ним и сыграть, например, в шахматы. Лужин выигрывает у отца четыре партии и в самом начале последней комментирует один ход недетским голосом: «Худший ответ. Чигорин советует брать пешку». После его ухода отец сидит задумавшись — страсть сына к шахматам поражает его. «Напрасно она его поощряла», — думает он о тёте и сразу же с тоской вспоминает свои объяснения с женой...

Назавтра отец приводит доктора, который играет лучше его, но и доктор проигрывает сыну партию за партией. И с этого времени страсть к шахматам закрывает для Лужина весь остальной мир. После одного клубного выступления в столичном журнале появляется фотография Лужина. Он отказывается посещать школу. Его упрашивают в продолжение недели. Всё решается само собой. Когда Лужин убегает из дому к тёте, то встречает её в трауре: «Твой старый партнёр умер. Поедем со мной». Лужин убегает и не помнит, видел ли он в гробу мёртвого старика, когда-то побивавшего Чигорина, — картины внешней жизни мелькают в его сознании, превращаясь в бред. После долгой болезни родители увозят его за границу. Мать возвращается в Россию раньше, одна. Однажды Лужин видит отца в обществе дамы — и очень удивлён тем, что эта дама — его петербургская тётя. А через несколько дней они получают телеграмму о смерти матери.

Лужин играет во всех крупных городах России и Европы с лучшими шахматистами. Его сопровождает отец и господин Валентинов, который занимается устройством турниров. Проходит война, революция, повлёкшая законную высылку за границу. В двадцать восьмом году, сидя в берлинской кофейне, отец неожиданно возвращается к замыслу повести о гениальном шахматисте, который должен умереть молодым. До этого бесконечные поездки за сыном не давали возможности воплотить этот замысел, и вот сейчас Лужин-старший думает, что он готов к работе. Но книга, продуманная до мелочей, не пишется, хотя автор представляет её, уже готовую, в своих руках. После одной из загородных прогулок, промокнув под ливнем, отец заболевает и умирает.

Лужин продолжает турниры по всему миру. Он играет с блеском, даёт сеансы и близок к тому, чтобы сыграть с чемпионом. На одном из курортов, где он живёт перед берлинским турниром, он знакомится со своей будущей женой, единственной дочерью русских эмигрантов. Несмотря на незащищённость Лужина перед обстоятельствами жизни и внешнюю неуклюжесть, девушка угадывает в нём замкнутый, тайный артистизм, который она относит к свойствам гения. Они становятся мужем и женой, странной парой в глазах всех окружающих. На турнире Лужин, опередив всех, встречается с давним своим соперником итальянцем Турати. Партия прерывается на ничейной позиции. От перенапряжения Лужин тяжело заболевает. Жена устраивает жизнь таким образом, чтобы никакое напоминание о шахматах не беспокоило Лужина, но никто не в силах изменить его самоощущение, сотканное из шахматных образов и картин внешнего мира. По телефону звонит давно пропавший Валентинов, и жена старается предотвратить встречу этого человека с Лужиным, ссылаясь на его болезнь. Несколько раз жена напоминает Лужину, что пора посетить могилу отца. Они планируют это сделать в ближайшее время.

Воспалённый мозг Лужина занят решением неоконченной партии с Турати. Лужин измучен своим состоянием, он не может освободиться ни на мгновение от людей, от себя самого, от своих мыслей, которые повторяются в нём, как сделанные когда-то ходы. Повторение — в воспоминаниях, шахматных комбинациях, мелькающих лицах людей — становится для Лужина самым мучительным явлением. Он «шалеет от ужаса перед неизбежностью следующего повторения» и придумывает защиту от таинственного противника. Основной приём защиты состоит в том, чтобы по своей воле, преднамеренно совершить какое-нибудь нелепое, неожиданное действие, выпадающее из общей планомерности жизни, и таким образом внести путаницу в сочетание ходов, задуманных противником.

Сопровождая жену и тёщу по магазинам, Лужин придумывает повод (посещение дантиста), чтобы оставить их. «Маленький манёвр», — усмехается он в таксомоторе, останавливает машину и идёт пешком. Лужину кажется, что когда-то он уже проделывал все это. Он заходит в магазин, вдруг оказавшийся дамской парикмахерской, чтобы этим неожиданным ходом избежать полного повторения. У дома его дожидается Валентинов, предлагающий Лужину сняться в фильме о шахматисте, в котором участвуют настоящие гроссмейстеры. Лужин чувствует, что кинематограф — предлог для ловушки-повторения, в которой следующий ход ясен... «Но этот ход сделан не будет».

Он возвращается домой, с сосредоточенным и торжественным выражением быстро ходит по комнатам в сопровождении плачущей жены, останавливается перед ней, выкладывает содержимое своих карманов, целует ей руки и говорит: «Единственный выход. Нужно выпасть из игры». «Мы будем играть?» — спрашивает жена. Вот-вот должны прийти гости. Лужин запирается в ванной. Он разбивает окно и с трудом пролезает в раму. Остаётся только отпустить то, за что он держится, — и спасён. В дверь стучат, явственно слышится голос жены из соседнего окна спальни: «Лужин, Лужин». Бездна под ним распадается на бледные и тёмные квадраты, и он отпускает руки.

Дверь выбили. «Александр Иванович, Александр Иванович?» — заревело несколько голосов.

Но никакого Александра Ивановича не было.