Действие происходит в усадьбе Петра Николаевича Сорина. Его сестра, Ирина Николаевна Аркадина, — актриса, гостит в его имении вместе со своим сыном, Константином Гавриловичем Треплевым, и с Борисом Алексеевичем Тригориным, беллетристом, довольно знаменитым, хотя ему нет ещё сорока. О нем отзываются как о человеке умном, простом, несколько меланхоличном и очень порядочном. Что же касается его литературной деятельности, то, по словам Треплева, это «мило, талантливо  но  после Толстого или Золя не захочешь читать Тригорина».

Сам Константин Треплев также пытается писать. Считая современный театр предрассудком, он ищет новые формы театрального действа. Собравшиеся в имении готовятся смотреть пьесу, поставленную автором среди естественных декораций. Играть в ней единственную роль должна Нина Михайловна Заречная, молодая девушка, дочь богатых помещиков, в которую Константин влюблён. Родители Нины категорически против ее увлечения театром, и поэтому она должна приехать в усадьбу тайно.

Константин уверен, что его мать против постановки пьесы и, ещё не видев, горячо ненавидит ее, так как беллетристу, которого она любит, может понравиться Нина Заречная. Ему также кажется, что мать его не любит, потому что своим возрастом — а ему двадцать пять лет — он напоминает ей о собственных годах. К тому же Константину не даёт покоя тот факт, что его мать — известная актриса. Ему думается, что поскольку он, как и его отец, ныне покойный, киевский мещанин, то его терпят в обществе знаменитых артистов и писателей только из-за матери. Он страдает также из-за того, что его мать открыто живёт с Тригориным и ее имя постоянно появляется на страницах газет, что она скупа, суеверна и ревнива к чужому успеху.

Обо всем этом в ожидании Заречной он и рассказывает своему дяде. Сам Сорин очень любит театр и литераторов и признается Треплеву в том, что сам когда-то хотел стать литератором, да не получилось. Вместо этого он двадцать восемь лет прослужил в судебном ведомстве.

Среди ожидающих спектакль также Илья Афанасьевич Шамраев, поручик в отставке, управляющий у Сорина; его жена — Полина Андреевна и его дочь Маша; Евгений Сергеевич Дорн, доктор; Семен Семенович Медведенко, учитель. Медведенко безответно влюблён в Машу, но Маша не отвечает ему взаимностью не только потому, что они разные люди и друг друга не понимают. Маша любит Константина Треплева.

Наконец приезжает Заречная. Она сумела вырваться из дома только на полчаса, и потому все спешно начинают собираться в саду. На эстраде декораций нет никаких: только занавес, первая кулиса и вторая кулиса. Зато открывается великолепный вид на озеро. Над горизонтом стоит полная луна и отражается в воде. Нина Заречная, вся в белом, сидя на большом камне, читает текст в духе декадентской литературы, что тут же отмечает Аркадина. Во время всей читки зрители постоянно переговариваются, несмотря на замечания Треплева. Вскоре ему это надоедает, и он, вспылив, прекращает представление и уходит. Маша спешит за ним, чтобы отыскать его и успокоить. Тем временем Аркадина представляет Нине Тригорина, и после недолгого разговора Нина уезжает домой.

Пьеса не понравилась никому, кроме Маши и Дорна. Ему хочется наговорить Треплеву побольше приятного, что он и делает. Маша же признается Дорну, что любит Треплева, и просит совета, но Дорн ничего не может ей посоветовать.

Проходит несколько дней. Действие переносится на площадку для крокета. Отец и мачеха Нины Заречной уехали в Тверь на три дня, и это дало ей возможность приехать в имение Сорина, Аркадина и Полина Андреевна собираются в город, однако Шамраев отказывается предоставить им лошадей, мотивируя это тем, что все лошади в поле на уборке ржи. Происходит маленькая ссора, Аркадина чуть было не уезжает в Москву. По дороге в дом Полина Андреевна почти признается Дорну в любви. Их встреча с Ниной у самого дома даёт ей ясно понять, что Дорн любит не ее, а Заречную.

Нина ходит по саду и удивляется тому, что жизнь знаменитых актёров и писателей точно такая же, как жизнь обыкновенных людей, со своими бытовыми ссорами, перепалками, слезами и радостями, со своими хлопотами. Треплев приносит ей убитую чайку и сравнивает эту птицу с собой. Нина же говорит ему, что почти перестала понимать его, так как он стал выражать свои мысли и чувства символами. Константин пытается объясниться, но, увидев показавшегося Тригорина, быстро уходит.

Нина и Тригорин остаются вдвоём. Тригорин постоянно записывает что-то в записную книжку. Нина восхищается тем миром, в котором живут, по ее представлению, Тригорин и Аркадина, восхищается восторженно и считает, что их жизнь наполнена счастьем и чудесами. Тригорин же, напротив, рисует свою жизнь как мучительное существование. Увидев убитую Треплевым чайку, Тригорин записывает в книжечку новый сюжет для небольшого рассказа о молодой девушке, похожей на чайку. «Случайно пришёл человек, увидел и от нечего делать погубил ее».

Проходит неделя. В столовой дома Сорина Маша признается Тригорину, что любит Треплева и, чтобы вырвать эту любовь из своего сердца, выходит замуж за Медведенко, хотя и не любит его. Тригорин собирается уезжать в Москву вместе с Аркадиной. Ирина Николаевна уезжает из-за сына, который стрелялся, а теперь собирается вызвать Тригорина на дуэль. Нина Заречная собирается тоже уезжать, так как мечтает стать актрисой. Она приходит попрощаться (в первую очередь с Тригориным). Нина дарит ему медальон, где обозначены строки из его книги. Открыв книгу на нужном месте, тот читает: «Если тебе когда-нибудь понадобится моя жизнь, то приди и возьми ее». Тригорин хочет последовать за Ниной, так как ему кажется, что это то самое чувство, которое он искал всю жизнь. Узнав об этом, Ирина Аркадина на коленях умоляет не покидать ее. Однако, согласившись на словах, Тригорин договаривается с Ниной о тайном свидании по дороге в Москву.

Проходит два года. Сорину уже шестьдесят два года, он очень болен, но также полон жаждой жить. Медведенко и Маша женаты, у них есть ребёнок, но счастья в их браке нет. Маше отвратительны и муж, и ребёнок, а сам Медведенко очень от этого страдает.

Треплев рассказывает Дорну, который интересуется Ниной Заречной, ее судьбу. Она убежала из дома и сошлась с Тригориным. У них родился ребёнок, но вскоре умер. Тригорин уже разлюбил ее и опять вернулся к Аркадиной. На сцене у Нины все складывалось, кажется, ещё хуже. Играла она много, но очень «грубо, безвкусно, с завываниями». Она писала Треплеву письма, но никогда не жаловалась. В письмах подписывалась Чайкой. Ее родители знать ее не хотят и не пускают к дому даже близко. Сейчас она в городе. И обещала прийти. Треплев уверен, что не придёт.

Однако он ошибается. Нина появляется совершенно неожиданно. Константин в который раз признается ей в любви и верности. Он готов все ей простить и всю жизнь посвятить ей. Нина не принимает его жертвы. Она до сих пор любит Тригорина, в чем и признается Треплеву. Она уезжает в провинцию играть в театре и приглашает Треплева взглянуть на ее игру, когда она станет великой актрисой.

Треплев после ее ухода рвёт все свои рукописи и бросает их под стол, затем уходит в соседнюю комнату. В покинутой им комнате собираются Аркадина, Тригорин, Дорн и другие. Собираются играть и петь. Раздаётся выстрел. Дорн, сказав, что это, очевидно, лопнула его пробирка, уходит на шум. Вернувшись, он отводит Тригорина в сторону и просит его увести куда-нибудь Ирину Николаевну, потому что ее сын, Константин Гаврилович, застрелился.