La narratrice inizia il suo diario meravigliandosi della grandezza della casa e dei terreni che suo marito ha preso per le loro vacanze estive. La descrive in termini romantici come una tenuta aristocratica o addirittura una casa stregata e si chiede come abbiano potuto permettersela, e perché la casa sia rimasta vuota per così tanto tempo. Il suo sentire che c’è “qualcosa di strano” nella situazione la porta a discutere della sua malattia – soffre di “depressione nervosa” – e del suo matrimonio. Si lamenta che suo marito John, che è anche il suo medico, sminuisce sia la sua malattia che i suoi pensieri e le sue preoccupazioni in generale. Contrasta il suo modo pratico e razionalista con i suoi modi fantasiosi e sensibili. Il suo trattamento richiede che lei non faccia quasi nulla di attivo, e le è specialmente proibito lavorare e scrivere. Sente che l’attività, la libertà e un lavoro interessante aiuterebbero la sua condizione e rivela che ha iniziato il suo diario segreto per “alleviare la sua mente”. Nel tentativo di farlo, il narratore inizia a descrivere la casa. La sua descrizione è per lo più positiva, ma continuano a comparire elementi inquietanti come gli “anelli e le cose” nelle pareti della camera da letto e le sbarre alle finestre. E’ particolarmente disturbata dalla carta da parati gialla nella camera da letto, con il suo strano disegno informe, e la descrive come “rivoltante”. Ben presto, però, i suoi pensieri vengono interrotti dall’avvicinarsi di John, e lei è costretta a smettere di scrivere.

Col passare delle prime settimane d’estate, la narratrice diventa brava a nascondere il suo diario, e quindi a nascondere i suoi veri pensieri a John. Continua a desiderare una compagnia e un’attività più stimolanti, e si lamenta di nuovo dei modi spatronanti e controllanti di John – anche se ritorna immediatamente alla carta da parati, che comincia a sembrare non solo brutta, ma stranamente minacciosa. Dice che John è preoccupato che lei si fissi su di essa, e che si è persino rifiutato di ridipingere la stanza per non cedere alle sue nevrotiche preoccupazioni. L’immaginazione del narratore, tuttavia, è stata risvegliata. Dice che le piace immaginare le persone sui marciapiedi intorno alla casa e che John scoraggia sempre queste fantasie. Ripensa anche alla sua infanzia, quando era in grado di lavorare nel terrore immaginando cose nel buio. Mentre descrive la camera da letto, che secondo lei deve essere stata un asilo per bambini piccoli, fa notare che la carta è strappata a tratti dal muro, ci sono graffi e scanalature sul pavimento, e i mobili sono pesanti e fissati al loro posto. Proprio quando comincia a vedere uno strano sotto-disegno dietro il disegno principale della carta da parati, la sua scrittura viene interrotta di nuovo, questa volta dalla sorella di John, Jennie, che funge da governante e infermiera per il narratore.

Quando passa il Quattro Luglio, il narratore riferisce che la sua famiglia è appena arrivata, lasciandola più stanca che mai. John minaccia di mandarla da Weir Mitchell, il medico della vita reale sotto le cui cure Gilman ebbe un esaurimento nervoso.La narratrice è sola per la maggior parte del tempo e dice che si è quasi affezionata alla carta da parati e che cercare di capirne il disegno è diventato il suo principale divertimento. Mentre la sua ossessione cresce, il sotto-disegno della carta da parati diventa più chiaro. Comincia ad assomigliare ad una donna che “si china e striscia” dietro il modello principale, che sembra le sbarre di una gabbia. Ogni volta che il narratore cerca di discutere di lasciare la casa, John fa luce sulle sue preoccupazioni, mettendola effettivamente a tacere. Ogni volta che lo fa, il suo disgustoso fascino per la carta cresce.

Presto la carta da parati domina l’immaginazione del narratore. Diventa possessiva e segreta, nascondendo il suo interesse per la carta e assicurandosi che nessun altro la esamini, in modo da poterla “scoprire” da sola. A un certo punto, lei stordisce Jennie, che aveva toccato la carta da parati e che accenna al fatto di aver trovato macchie gialle sui loro vestiti. Confondendo la fissazione del narratore con la tranquillità, John pensa che lei stia migliorando. Ma lei dorme sempre meno ed è convinta di poter sentire l’odore della carta in tutta la casa, anche fuori. Shed scopre una strana macchia sulla carta, che corre per tutta la stanza, come se fosse stata strofinata da qualcuno che striscia contro il muro.

Il sotto-pattern ora assomiglia chiaramente a una donna che sta cercando di uscire da dietro il pattern principale. Il narratore la vede scuotere le sbarre di notte e strisciare durante il giorno, quando la donna riesce a fuggire brevemente. Il narratore accenna al fatto che anche lei, a volte, si aggira furtivamente. Sospetta che John e Jennie siano a conoscenza della sua ossessione, e decide di distruggere la carta una volta per tutte, staccandone gran parte durante la notte. Il giorno dopo riesce a rimanere sola e va in una specie di frenesia, mordendo e strappando la carta per liberare la donna intrappolata, che vede lottare dall’interno del disegno.

Alla fine, il narratore è irrimediabilmente pazzo, convinto che ci siano molte donne striscianti in giro e che lei stessa sia uscita dalla carta da parati – che lei stessa sia la donna intrappolata. Striscia all’infinito per la stanza, macchiando la carta da parati mentre va. Quando John irrompe nella stanza chiusa a chiave e vede il pieno orrore della situazione, sviene sulla porta, così che il narratore deve “piangere su di lui ogni volta!