1482年，法王路易十一统治下的巴黎城沉浸在“愚人节”的狂欢的气氛中。巴黎圣母院前面的广场上，来自埃及的吉卜赛少女埃斯梅拉达的精彩表演，把在教学里正在看由彼埃尔·甘果阿编导的宗教神秘剧《圣母的审判》的观众成群地吸引过去。她以动人的美貌和婀娜的舞姿博得了人们热烈的喝彩。她把人们给她的赏钱，分给穷苦的孩子们，并对他们说：“把这些赏钱全部拿去，你们去过节吧!”孩子们问她：“那你怎么办?”她说：“别管我，我天天都在过节。”
在众多的观众中，一个面色苍白的中年人，穿着黑色的教袍，躲在五颜六色的玻璃窗后面，
也在偷看穿着鲜红裙子的埃斯梅拉达翩翩起舞。他就是巴黎圣母院的副主教、练金术士克洛德·富洛娄。终年蛰居密室，潜心研究炼金术，过着清贫禁欲生活的这位神甫，看到色艺双全的吉卜赛女郎边唱边跳，她那轻快的舞步，绝妙的舞姿，把他埋藏在心底十多年的欲念突然唤醒了。他无法自控，无法把俘虏了他的灵魂的魔鬼赶走。为了排遣心中的烦闷，他到广场上驱赶正在叫卖的摊贩，声音不准在教堂前面胡闹。这些小贩哪里把他放在眼里，群起而攻之。正在这时，从教堂内冲出来一个相貌奇丑、身材高大、力大无比的男子，他推开众人，把货摊掀倒，救回了神甫。此人名叫加西莫多。原来她是一个被父母遗弃在巴黎圣母院门前的畸形儿，富洛娄出于怜悯把他抚养成人，取名为加西莫多，因终日敲钟而震聋了耳朵。
当神甫正要回教堂时，他的弟弟跑来向他讨零花钱，他不但不给，还责骂弟弟没有灵魂。弟弟反驳说：“你有灵魂，但已经死了。”
狂欢的人们正在物色“愚人教皇”，埃斯梅拉达一眼看中了又聋又丑的钟楼怪人加西莫多。人们给他戴上王冠，披上袍子，还给了他一支口哨，让他坐在高高的轿子上沿街旅行。加西莫多正高兴地吹着哨子，忽然看见脸色阴沉的富洛娄站在轿产前。神甫打掉他的王冠，把他拉回圣母院。
“九点啦!该睡觉了。”打更人边走边喊着，可是，克洛德·富洛娄欲火中烧无法入睡，因为牵着白色山羊的埃斯梅拉达还在教学门前广场上唱歌。他高声对自己说：“在人世间我只有痛苦。她长得那么美，难道是我的过错?她舞跳得那么好，难道是我的过错?她能够使人发疯，难道是我的过错?他实在无法自制，“去!”他命令加西莫多，“去把她抓来!”钟楼怪人快步跑向埃斯梅拉达，把她抱起来扛在肩上，就向圣母院跑去。埃斯梅拉达拼力抵抗并高喊
“救命啊!”恰巧侍卫队长菲比斯正在巡逻，听到喊声骑马率众赶到，救下吉卜赛少女，抓住了加西莫多。菲比斯把埃斯梅拉达带到一家旅店，要了一个房间，正要对她非礼，机警的姑娘摆脱了他的纠缠，跑回巴黎流浪人和乞丐们聚集的“奇迹王朝”。
在这“奇迹王朝”统治下的“黑话王国”里乞丐王克劳班正在审理不懂切口而误入“王车领地”的究诗人甘果阿。乞丐王问他：“你来黑话王国不讲黑话，究意你是干哪一行的?”甘果阿说他六岁成了孤儿，当过兵，但不够勇敢。当过教士，当不够虔诚，所以当了诗人。按照王朝的规矩，他只有两种选择：要么跟绞索配对，要么跟王国中的女人攀亲。可是几个肥胖臃肿的老女人过来摸了摸他，都嫌他过于单薄，没有一个人肯要她。这样，甘果阿只能被吊死。在这千钧一发之际，刚刚回来的埃斯梅拉达挺身而出，高喊：“我要他。”这样，两人当举行婚礼。人们把一个瓦罐放在甘果阿手里，让他摔碎它。瓦罐掉在地上，碎成四块。乞丐王宣布：“婚期为四年。”善良的少女同意与他结为夫妻，只是为了救他一命，把他带回家里，供以食宿
，但不与他同房。
犯了强抢民女罪的加西莫多，在被草草审理后，被带到广场上当众受鞭笞。跪在烈日下代人受过的钟楼怪人口渴难熬，他向士兵和围观的人群高喊要水，回答他的却是一片戏弄和辱骂声。这里，美丽的埃斯梅拉达拨开众人，把水送到加西莫多嘴边，心中充满感激之情的加西莫多饱含热泪，不住地说：“美……美……美……”
国王路易十一在红衣主教的陪同下，登上巴黎圣母院顶楼，前来看望钻研炼金术的克洛德·
富洛娄。这样神甫希望把对埃斯梅拉达难以抑制的欲念埋藏在炼金术的研究中，但当他看到书上写着：有些女人有一种神秘的魔力，在实验中，只要念着她的名字，就可以实现你的梦想。”富洛娄口中不断重复着埃斯梅拉达这几个字母。
路易十一问他：“你信仰什么?”上帝，还有炼金术。黄金就是光明，如果我炼出了黄金，我就是国王。”
广场上，穷诗人甘果阿帮助埃斯梅拉达上演山羊认字的节目，山羊在一堆拉丁字母中，叨出
了太阳神菲比斯的名字。这里菲比斯正在广场旁边的王宫中向王后和她的女儿献媚取宠。公主百合花让菲比斯到广场上，赶走埃斯梅拉，以证实他以她的爱情。菲比斯骑马来到广场，大声轰赶着演出的艺人，小声和姑娘订下了今晚在老地方见面的幽会。
心神不宁的富洛娄听说甘果阿和姑娘已结为夫妇，妒火中烧十分生气，当得知他们只是名义夫妻，又转忧为喜。他在街上遇见喝得烂醉的侍卫队长菲比斯，但菲比斯反驳说：“你可别把爱情和婚姻混为一谈。”他径直向那家小旅店走去，富洛娄像影子一样紧随其后。
菲比斯来到旅店的小楼上，埃斯梅拉达正坐在床边等着他。他们热烈的拥抱时，姑娘说：“我一直在等我心爱的人。”菲比斯把系在身上的匕首交给姑娘，姑娘顺手把它抛出窗外。恰巧这把匕首落在正在窗外窃听的富洛娄眼前。当这对情人再次在窗前热烈拥抱时，富洛娄拾起匕首，从窗外把它刺进了菲比斯的后背。
在审判埃斯梅拉达的法庭上，旅店的侏儒老板作证说，看见一个混身硫磺味的黑衣人，像魔鬼一样，把银币变成了干树叶。坐在审判席上的富洛娄说：“是魔鬼，而不是这位姑娘刺杀了卫队长。”无辜的埃斯梅拉达只关心卫队长的生死，因为菲比斯可以证明她把匕首扔出了窗外。可是法庭告诉他，卫队长不仅活着，而且对被害的经过一无所知。他丝毫不肯为姑娘开脱罪责，这使埃斯梅拉达十分失望。在酷刑之下，姑娘屈打成招，供认自己施用巫术驱使黑衣魔鬼刺杀了侍卫队军官。法庭判处姑娘绞刑，次日执行。
加西莫多敲钟之后，在塔楼上看到富洛娄紧张地注视着圣母院门前的广场。穿着白色死刑犯袍子的埃斯梅拉达站在准备间匆忙搭起的绞刑架下，绞索套在脖子上，平静地等待着行刑的时刻。加西莫多不顾一切地从门内冲出，把姑娘抢进了巴黎圣母院。行刑的士兵惊魂甫定，目瞪口呆地看着钟楼怪人独自一人劫持了法场。因为避难权的原因，士兵们不敢擅入。
卡西莫多把姑娘藏在自己的住房里，他像守护神一样睡在房门口。他把愚人节得到的哨子献给姑娘，告诉她遇到危难时，一吹哨子，他就能赶来救援。
富洛娄到郊外像发了疯一样，乱跑了一阵之后，回到了圣母院。他发现埃斯梅拉不但未被处死，而且就在身边。他跟随她走进了加西莫多的房间，埃斯梅拉达发现这个人就是刺杀菲比斯的黑衣人，十分恼怒。当富洛娄正要强奸她时，她吹起了哨子。加西莫多闻声而至，赶走了昔日的恩人，并告诉姑娘那次抢她的事，也是出于富洛娄的主使。
加西莫多对埃斯梅拉达怀有无限的感激和纯真的爱慕之情。他快活地看着熟睡的美人，突然醒来的姑娘被他的丑脸吓坏了。加西莫多急忙逃走，跑到钟楼上用自己的头拼命地撞击着大钟，低沉的钟鸣如泣如诉。埃斯梅拉达来到他身边，加西莫多用手蒙住脸，喃喃地说：“我的脸很丑，总让人害怕。”为了安慰了他，姑娘为他跳起了节奏欢快舞蹈，兴奋异常的加西莫多，象打秋千一样用身体的重量为姑娘敲响了圣母院的大钟。他爽朗的笑声充满了钟楼。
加西莫多在钟楼上牵着绳子飞来飞去，为埃斯梅拉采摘着盛开的鲜花。突然姑娘发现了在
广场上巡逻的侍卫队长，她叫他的名字，但他头也不抬看她一眼。她让加西莫多去找他，可是菲比斯为了得到百合花丰厚的陪嫁和位于圣保罗的领地，对姑娘的请求不屑一听，策马扬长而去。善良的加西莫多发觉自己辱没了姑娘的使命。
对姑娘强占未成的富洛娄怀恨在心，跪到国王路易十一那里，请示如何解决教堂避难权问题。国王请教了一位尚在狱中的老学者，终于决定可以不顾避难权，加入圣母院捉拿女巫。加西莫多趁富洛娄外出时，把教堂的大门紧紧关住。
乞丐王克劳班听说教堂避难权将要结束，率领成千上万的巴黎流浪人和乞丐，前来攻打巴黎圣母院，营救大难临头的姐妹。不明真相的卡西莫多怎容这些人冲入教堂，他从楼顶上扔下巨大的石条石块，翻倒灼热的金属液体，企图驱散众人。勇敢的乞丐终于攻破大门，救走了埃斯梅拉达。不断严阵以待的国王士兵已从后门进入教堂，雨点般的箭刺向埃斯梅拉达和流浪汉们。乞丐王也在混战中被人杀死。卡西莫多站在楼顶上，看到心爱的姑娘又被吊在绞刑架上，痛不欲生。当他发现富烙娄正在钟楼对着埃斯梅拉达狞笑，他把这个道貌岸然的野兽举过头顶扔了下去。
从绞刑架解下来的埃斯梅拉达的尸体，被人们放在蒙孚贡大坟窟里，加西莫多找到她之后，静静地躺在她身旁。
画外音：两年之后，人们发现了两具紧紧抱在一起的尸骨。当人们试图分开他们时，尸骨便化为尘土。
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