In november van het jaar 1327 wordt de Franciscaner monnik William van Baskerville door de Duitse keizer, Lodewijk van Beieren, naar een Benedictijner abdij in Noord-Italië gestuurd, met als opdracht een congres te organiseren waaraan Benedictijnen en Franciscanen zullen meewerken, in een poging een oplossing te vinden voor het voortslepende conflict tussen de Franciscaanse minderbroeders en de paus.

Op de eerste dag van hun verblijf bezoeken William en Adson het scriptorium en de bibliotheek. Die bibliotheek, die de trots is van het klooster en honderden manuscripten bevat, is een labyrint waartoe slechts de bibliothecaris, Malachias van Hildesheim, toegang heeft. Enkele dagen voor William en Adson in het klooster aankwamen, werd de monnik Adelmo van Otranto dood aangetroffen. De omstandigheden van zijn dood zijn verdacht en scherpzinnige William begint op discrete wijze een onderzoek.

Op de tweede dag van hun verblijf doet zich nog een moord voor: in een vat dat het bloed van een pasgeslacht varken bevat, wordt het lijk van Venantius van Salvemec ontdekt, een monnik die in het scriptorium werkte en ook Grieks kende. William raakt er zodoende van overtuigd dat de bibliotheek en het scriptorium een centrale rol spelen in het mysterie.

Op de derde dag verdwijnt een andere monnik, een zekere Berenger. Zijn lijk wordt tegen de avond gevonden: verdronken, zo lijkt het, maar William komt erachter dat de monnik is vergiftigd. Intussen gaat Adson alleen op onderzoek uit in de bibliotheek. Hij wordt bang en vlucht. In de keukens van het klooster ontmoet hij een meisje uit het naburige dorp dat hem inwijdt in de geheimen van de liefde.

Op de vierde dag komen de Franciscaanse minderbroeders aan voor het congres. Daarnaast wordt de knecht Salvatore samen met het meisje ontdekt dat eerder Adson had verleid; het meisje wordt beschuldigd van hekserij en opgesloten. Terwijl ieders aandacht uitgaat naar de erudiete bijeenkomsten op het congres en de beschuldiging van hekserij, vindt er een nieuwe moord plaats: de herborist Severinus wordt met ingeslagen schedel gevonden, nadat hij aan William verteld heeft over een geheimzinnig manuscript. De cellarius, Remigio van Varagine, wordt beschuldigd van de moord.

Op de vijfde dag wordt de bibliothecaris Malachias dood aangetroffen. Terwijl hij het lichaam onderzoekt, merkt William op dat drie vingertoppen van de rechterhand zwart gekleurd zijn. Eenzelfde fenomeen had hij eerder al vastgesteld bij de andere doden; dit doet hem vermoeden dat de slachtoffers zijn vergiftigd. Terwijl hij naar andere aanwijzingen zoekt, ontdekt William een geheime doorgang die toegang geeft tot het centrale, geheime deel van de bibliotheek.

In de nacht tussen de zesde en de zevende dag dringen William en Adson door in de bibliotheek. Plots horen ze iemand die de verstikkingsdood sterft achter de wand: ze ontdekken een geheime kamer en de zesde dode blijkt de abt zelf te zijn.

Uiteindelijk slagen William en Adson erin het mysterie op te lossen. In het geheime centrum van het bibliotheek-labyrint wordt een manuscript bewaard: het gaat om het tweede boek van de Poetica van Aristoteles, over de komedie, waarvan men dacht dat het verloren was gegaan. Jorge van Burgos, de ex-bibliothecaris, wilde niet dat de monniken op de hoogte waren van de inhoud van het (heidense) manuscript en had het ingesmeerd met dodelijk vergif. De oude Jorge wordt zo ontmaskerd maar probeert het manuscript uit de handen van William te redden door de in gif gedrenkte pagina’s van het boek op te eten en de bibliotheek in brand te steken. Zo gaat het manuscript van Aristoteles definitief verloren en wordt Jorge de zevende dode.