沂州有个书生朱孝廉，一次与同伴在寺中游玩，偶然瞥见墙壁上一幅精妙的壁画，画中仙女身姿绰约，仿若活人。朱生凝望间，神思恍惚，竟觉自己已入画中世界。
画中，朱生置身于一座华丽的宫殿，四处云雾缭绕，仙乐飘飘。正当他茫然无措时，一位容色绝美的仙女莲步轻移而来，莲衣飘动，香风拂面。仙女见他，先是一惊，随后掩口笑道：“公子从何处来？”朱生红着脸，结结巴巴地诉说了自己的来历。仙女眼中闪过一丝好奇，便带着他在这仙境中游览起来。
他们走过玉石栏杆环绕的亭台楼阁，看过奇花异草争艳的花园，朱生沉醉其中，与仙女的情谊也在这朝夕相处中悄然生根。白日里，仙女带他赏遍仙境美景；夜晚，二人于雕花窗前倾诉衷肠，互许终身。朱生满心以为，岁月便会这般静好地流淌下去。
然而，好景不长。一日，天空突然阴霾密布，电闪雷鸣。画中世界陷入一片混乱，仙女们惊恐万分，四处奔逃。朱生紧紧拉住心爱仙女的手，却见一凶神恶煞的金甲力士从天而降，怒目圆睁，大声呵斥道：“何方凡人，擅闯仙境，坏我规矩！”言罢，便要捉拿朱生。仙女泪如雨下，挡在朱生身前，苦苦哀求力士放过他。朱生心中既感动又悔恨，悔自己不该贪恋这画中虚幻之缘，连累了仙女。
就在力士即将动手之际，朱生突然眼前一黑，失去了知觉。待他悠悠转醒，发现自己已回到了寺庙之中，同伴们正焦急地在一旁呼喊他的名字。朱生环顾四周，一切仿若隔世，那画壁依旧在眼前，只是画中的仙女们神色安然，仿佛什么都未曾发生过。
朱生失魂落魄地回到家中，自此日夜思念画中的仙女，对其他事物皆提不起兴趣。他常常独坐窗前，对着那从画中带出的一方丝帕发呆，回忆着与仙女相处的点点滴滴，心中满是惆怅与眷恋。
如此过了数年，一日，朱生在市集上偶遇一位道姑。道姑见他面带愁容，印堂发黑，似是被情思所困，便上前询问。朱生将自己的奇遇一一道来，道姑长叹一声，说道：“公子，那画壁乃是一处幻界，你与仙女虽有缘分，却终非真实。你这般执念下去，恐会性命不保。”朱生听闻，泪如雨下，求道姑相助。道姑念他痴情，便赐予他一枚丹药，让他服下忘却这段情缘。
朱生拿着丹药，手却不住地颤抖。回到家中，他对着丹药凝视许久，终究还是将其收起。他想，即便这是一场虚幻的梦，可那情那爱，于他而言，都是无比珍贵的回忆。他宁愿带着这份思念度过余生，也不愿忘却那画壁中的爱人。
此后，朱生终身未娶，将满心的爱意都倾注于书卷之中。每当夜深人静时，他总会对着那画壁的方向，默默诉说着自己的思念，直至终老。
