История, рассказанная в мюзикле, довольно близка к оригинальной сюжетной линии романа Гюго.
Юная девушка-цыганка по имени Эсмеральда своей красотой привлекает к себе внимание мужчин. Среди них - архидъякон Собора Парижской Богоматери Фролло, молодой красавец - капитан королевских стрелков Феб и уродливый звонарь Квазимодо, воспитанник Фролло.
Эсмеральда без памяти влюбляется в самого красивого из них - Феба. Он не против воспользоваться этим, несмотря на то, что у него есть невеста - Флер-де-Лис. Фролло же обуреваем ревностью и терзаем сомнениями - ведь он, как священник, не имеет права любить женщину. Квазимодо восхищается юной цыганкой, видя в ней ту недосягаемую неземную красоту, которая является полной его противоположностью. Поэт Гренгуар, которого Эсмеральда спасает от гибели, согласившись стать его женой по законам обитателей Двора Чудес (цыган, воров и бродяг), провозглашает девушку своей музой. Клопен - "король" Двора Чудес - относится к ней с отеческой заботой. Кажется, что весь мир вращается вокруг Эсмеральды.
По стечению трагических обстоятельств, спровоцированных ревностью Фролло, цыганка оказывается в тюрьме - ее обвиняют в покушении на убийство Феба. Фролло дает девушке шанс освободиться - если она подарит ему "миг блаженства". Эсмеральда отказывается, но ее спасают ее друзья-цыгане и Квазимодо.
Но ненадолго - вскоре героиню вновь арестовывают. Эсмеральда заканчивает жизнь на виселице. Квазимодо, узнав, что виновник этих событий - его воспитатель, сбрасывает Фролло с башни Собора. Затем он обнимает мертвое, но все еще прекрасное тело Эсмеральды и остается с ней рядом до конца своих дней.