L'histoire, qui se situe dans la Barcelone de l'après-guerre, a pour personnage principal un jeune homme, Daniel Sempers. Peu de temps après la guerre, le père du jeune Daniel le conduit au Cimetière des Livres Oubliés, une bibliothèque secrète, immense, renfermant des œuvres anciennes oubliées, amoureusement protégées par quelques initiés. Selon la tradition, chaque nouvel initié doit prendre soin d'un livre. Daniel choisit l'Ombre du Vent de Julián Carax. De retour à la maison, il se plonge dans la lecture et est captivé par l'histoire. Daniel, subjugué, tente en vain de trouver d'autres livres de cet auteur méconnu. Apparaît le personnage énigmatique de Laïn Coubert qui est à la recherche de livres de Carax afin de les acheter pour pouvoir les brûler.

La recherche de Daniel va le conduire à découvrir par bribes la vie de Julián Carax ; sa vie de lycéen, ses relations, son amour pour Penélope Aldaya. Il va être aidé par Fermin Romero de Torres, personnage hors du commun : lorsque Daniel fait sa connaissance, Fermin est un vagabond. Il prétend avoir été un agent secret au service du gouvernement catalan, avoir été emprisonné et torturé dans la sinistre prison de Montjuic. Il se révèle être particulièrement efficace tant à la librairie qu'aux côtés de Daniel. L'inspecteur Fumero, aux méthodes expéditives, sera leur principal antagoniste.

Petit à petit, les recherches vont permettre de retracer l'histoire de Julián Carax et de son amour pour Penélope. Son père, le chapelier Antoni Fortuny, mène une vie effroyable à sa femme Sophie Carax et à son fils Julián. Penélope Aldaya est la seule fille du richissime don Ricardo Aldaya. Leur amour va rester clandestin pendant environ quatre années. Peu avant de décider de fuir à Paris, leur relation est découverte par don Ricardo : ivre de fureur, il séquestrera sa fille et Julián partira seul à Paris. Miquel Moliner sacrifie ses aspirations pour permettre à Julián de rejoindre Paris et de survivre dans la capitale. Les