流落在楚州的秀才窦天章，因欠当地蔡婆婆本利40两银子无力偿还，只得将7岁的独女儿端云（后改名窦娥）卖给蔡婆婆作童养媳。窦天章又得到蔡婆婆10两银子作路费，自己进京赶考去了。 13年以后，蔡婆婆已迁居山阳县。窦娥与蔡婆婆的儿子结婚不久就死了丈夫，婆媳二人相依为命。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。恰巧遇见流氓无赖张驴儿和他的父亲将蔡婆婆救下。张氏父子得知蔡婆婆家只有婆媳两个寡妇，就强迫婆媳二人嫁给他们父子。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，窦娥坚执不从。 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，不料蔡婆婆呕吐，把汤让给了张驴儿的父亲，张父一命鸣呼。张驴儿反咬一口，借机逼婚，逼婚不成，告到官府。楚州太守桃杌是个贪官污吏，他根本不听窦娥据理申诉，就重刑拷打，窦娥怕年老的婆婆也遭拷打，就一身承认了药死公公的罪名，当即被判处死刑。 窦娥被押上刑场，她有冤难诉，气愤得指天骂地，并且发下3桩誓愿：一要开斩后鲜血飞上白练，半滴不落尘埃；二要六月降雪，掩埋尸骸；三要楚州3年大旱，以示惩罚。结果三桩誓愿一一兑现，证明了窦娥的冤枉。 窦娥死后3年，多年寻找女儿的窦天章，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。窦娥的冤魂出现，向父亲控诉了冤情。窦天章将张驴儿、赛卢医、桃杌等人捉拿归案，终于使奸人受惩，窦娥的冤案得以平反昭雪。