Действие романа происходит в далёком будущем (XXVI веке н. э.), когда межпланетные и межзвездные перелёты стали обычным делом.
Часть первая
Первая часть романа повествует о паре влюблённых и богатых путешественников Джинн и Филлис (его возлюбленной), которые «наслаждались прогулками в космосе вдали от всех обитаемых миров». Однажды они нашли бутылку с посланием от некоего Улисса Меру с грозным предостережением на «Земном языке». Далее роман описывает приключения Улисса Меру на борту научного космического корабля, который проводил исследования далёкого космоса в созвездии Ориона под руководством профессора Антеля.
Прибыв к намеченному пункту путешествия, экипаж указанного корабля высаживается на планету Сорора, вращающуюся вокруг звезды Бетельгейзе в созвездии Ориона, удивительно похожую на Землю. Вначале люди встречают красивую юную девушку, которая купалась в реке неподалёку от водопада, впоследствии её назовут «нимфой водопада»: Нову. Таким образом почти сразу участники экспедиции встречают человеческое племя. Однако люди этого племени представляют собой дикарей, не знающих ни языка, ни письменности и не использующих никаких подручных средств труда или обороны (палки, лопаты, копья). Вскоре эти дикари нападают на членов экспедиции и разрывают в клочья их одежду и разбрасывают во все стороны их снаряжение. После этого членам группы не остаётся ничего другого, как следовать за стаей дикарей на поляну, где проживало племя.
На утро следующего дня всё племя вместе с экспедиционной группой попало в засаду. Разумные и коварные гориллы организовали облаву на людей. Так состоялась первая встреча Улиса Меру и Артура Левэна с разумными обитателями планеты Сорора: обезьянами, периодически организующими облавы на диких людей, обитающих в лесах. Выскочив на поле, окружённое вооружёнными до зубов огнестрельным оружием гориллами-стрелками, Артур Левэн был убит из мушкета в упор. Его друг Улис Меру смог скрыться, убежав в лес. Однако там он попал в сеть, растянутую для того, чтобы вылавливать уцелевших. Таким образом Улис Меру попал к обезьянам в плен.
На автотранспорте Улиса Меру, заточённого в клетку, привезли в здание «Института высшей физиологии». Там ему удалось привлечь внимание к своей персоне. И уже на следующий день с ним встретилась учёный-врач, заведующая отделением, куда был помещён Улис. Этого учёного звали Зира. Она начала целую серию тестов над людьми с целью изучения образования условных рефлексов. Улис явно впечатлил своим разумным поведением заведующего отделением Зиру и та в результате добилась визита более высокопоставленного медика, которым оказался пожилой орангутан Зайус. После этого визита опыты продолжились. Улису Меру оставалось лишь раз за разом доказывать своё интеллектуальное превосходство над дикими людьми, которые были размещены в соседних клетках. В стремлении изучить сексуальную сторону жизни людей, обезьяны разбили всех по парам. В результате Улиса подселили в клетку к «нимфе водопада» Нове.
Часть вторая
Вторая часть романа повествует о приключениях Улиса Меру в городе, полностью населённом разумными обезьянами. Втеревшись в доверие, он смог убедить Зиру в том, что принадлежит к более развитому виду, чем его сородичи-дикари, не умеющие ни читать, ни говорить. Так, общаясь с Зирой, Улис стал узнавать о том мире, в котором оказался. Цивилизация обезьян охватывает всю планету Сорора. Всего существует три расы обезьян, каждая из которых представляет определённую касту, специализирующуюся на определённом роде деятельности: гориллы (политики и управленцы), орангутаны (учёные, философы и писатели) и шимпанзе (предприниматели и учёные). Уровень развития обезьяньей цивилизации сопоставим с XX веком н. э. у людей (используются автомобили, железные дороги, самолёты, искусственные спутники), однако по многим областям они сильно отстают. Большая часть всех интеллектуальных усилий обезьян направлено на изучение людей. Зира познакомила Улиса со своим женихом Корнелием, также учёным. Вместе они разработали план, как освободить Улиса из плена. Однажды, прогуливаясь с Зирой, Улис обнаружил в зоопарке профессора Антеля, который вместе с другими людьми выполнял роль экспоната. На ежегодном конгрессе учёных со всей планеты приняли участие Зайус и Корнелий. Улиса Меру доставили на третий день проведения заседания в качестве диковинного экземпляра человека. Улис выступил с речью, подготовленной с помощью Зиры и Корнелия, когда от него никто этого не ожидал. В результате Большой Совет Сороры принял решение освободить Улиса. Он поселился в университетском городке. В конце концов Улису удалось встретиться с профессором Антелем, однако, как оказалось, тот ничем не отличался от других диких людей Сороры.
Часть третья
В третьей части романа Улис живёт в столице планетарного государства Сороры на правах равноправного гражданина. Его деятельность связана с помощью в научной работе Зиры и Корнелия. Улис всё больше и лучше знакомится с культурой, искусством и историей цивилизации обезьян. Ему становится известно, что на Сороре 10 000 лет назад, ещё до появления цивилизации обезьян, существовала высокоразвитая цивилизация людей. Однако она пришла в упадок, в то время как обезьяны, подражающие человеческим привычкам и обычаям, развивались всё сильнее, пока не заняли место своих недавних хозяев. Когда у Улиса рождается сын от Новы, над ним и его семьёй нависает страшная угроза. С помощью Зиры и Корнелия им всё же удаётся покинуть планету Сорора и вернуться на космический корабль, который всё время был на орбите планеты. Во время обратного перелёта Нова вместе со своим сыном Сириусом учится разговаривать. В соответствии с теорией релятивистского замедления времени, когда Улис возвратился на Землю, прошло уже 800 лет. Однако к своему удивлению, он обнаруживает, что мир изменился совсем не сильно с тех пор. Вскоре он узнаёт, что на Земле уже нет человеческой цивилизации — там правят обезьяны. Заканчивается роман тем, что Филлис и Джинн — шимпанзе-путешественники, прочитав послание Улиса Меру, не могут поверить в написанное, так как никаких разумных людей им нигде не приходилось видеть.