L’action se passe en un jour et une nuit, près de la côte norvégienne et dans une crique de cette côte où un village de marins est installé.
Le premier acte prend place sur la côte où le bateau de Daland a dû se réfugier pour échapper à une tempête. Le pilote, seul à veiller pendant que le reste de l’équipage se repose, chante une ballade évoquant les retrouvailles avec sa bien-aimée, puis finit par s’endormir. Un deuxième bateau apparaît et jette l’ancre non loin. Son capitaine descend à terre : c’est le moment de son retour périodique à terre, après sept ans en mer. Condamné à errer sur les mers, il cherche la mort mais ne peut mourir : même les pirates le fuient, et son bateau résiste aux récifs sur lesquels le capitaine a voulu le fracasser.
Revenu sur le pont, Daland remarque la présence du vaisseau étranger et rejoint le capitaine à terre. Celui-ci se présente : « Hollandais » ; il demande à Daland l’hospitalité pour une nuit. Le prix de cette hospitalité est un coffre rempli de bijoux. Daland est ébloui, et quand le Hollandais lui demande s’il a une fille qu’il lui donnerait en mariage, il n’hésite pas et accepte, ravi d’avoir trouvé un mari si riche pour sa fille. De son côté le Hollandais se laisse presque aller à l’espoir d’avoir trouvé « un ange » qui mettra fin à ses tourments.
Le deuxième acte se passe à terre, dans la maison de Daland où les femmes se sont rassemblées pour filer, sous la houlette de Mary. Elles taquinent Senta sur son amoureux, le chasseur Erik. Seule Senta ne file pas et garde les yeux fixés sur le portrait d’un homme en noir. Puis elle chante une ballade : l’histoire d’un capitaine damné pour avoir voulu doubler un cap en pleine tempête, et dont le seul espoir de salut est de trouver une femme qui lui sera fidèle jusqu’à la mort. Senta, pour qui l’homme du portrait n’est autre que le capitaine maudit, exprime l’espoir ardent qu’elle sera cette femme.
Erik, tout juste entré, annonce aux fileuses que le bateau de Daland est de retour. Les femmes se précipitent à la rencontre des marins et Erik reste seul avec Senta, à qui il reproche son attitude distante envers lui. Celle-ci exprime sa pitié pour le capitaine maudit, ce qui pousse Erik à lui raconter son rêve : il a vu Daland revenir à sa maison en compagnie de l’homme du portrait et Senta se jeter aux pieds de ce dernier, puis disparaître avec lui en mer. Pour Senta, ce rêve est la confirmation qu’elle est bien celle qui sauvera le capitaine maudit. Erik, désespéré, s’enfuit.
Daland arrive en compagnie du Hollandais. Senta et le Hollandais restent muets, fascinés l’un par l’autre. Daland annonce à sa fille que cet homme est son fiancé, puis finit par comprendre qu’il est de trop et les laisse en tête à tête. C’est alors un grand dialogue entre le Hollandais, qui espère avoir enfin trouvé la femme dont la fidélité le sauvera, et Senta qui peut enfin concrétiser son aspiration à sauver le damné. Daland une fois revenu, Senta confirme qu’elle accepte le Hollandais comme époux et lui jure fidélité.
Au troisième acte, c’est la nuit et les deux bateaux sont amarrés dans une crique de la côte norvégienne, devant la maison de Daland. Le bateau du Hollandais est sans lumières et silencieux, et son équipage est invisible. Celui de Daland est illuminé, les marins y sont joyeux et accueillent les femmes qui leur apportent à boire et à manger. Elles proposent aussi leurs victuailles aux marins de l’autre vaisseau, d’abord sans provoquer de réaction. Les norvégiens se moquent de l’équipage invisible de l’autre bateau ; les femmes finissent par prendre peur, laissent leurs provisions aux marins, et s’en vont. Les marins restés à bord festoient. Mais voilà que la mer s’agite autour du bateau du Hollandais, que la tempête le secoue, et que son équipage apparaît sur le pont et commence à chanter. Pourtant cette tempête ne malmène que le vaisseau du Hollandais et tout est calme par ailleurs. Les marins norvégiens essaient de faire face et de continuer à chanter, mais ils ne sont pas de taille à résister et, terrifiés, finissent par se réfugier à l’intérieur de leur bateau. Dès leur départ, la mer redevient calme et un silence de mort retombe sur le bateau du Hollandais.
Senta sort de la maison de Daland, suivie d’Erik lui rappelant qu’elle lui a juré fidélité. Le Hollandais a entendu les paroles d’Erik. Ayant perdu tout espoir de salut, il veut repartir en mer sans tarder et donne l’ordre à son équipage de lever l’ancre. Senta, affolée et voyant le Hollandais prendre le large sur son bateau, se jette dans la mer. Le bateau sombre immédiatement et, dans la lumière rouge du soleil levant, les silhouettes enlacées du Hollandais et de Senta apparaissent planant sur la mer.