Été 1945, Barcelone, Daniel Sempere, un jeune garçon de 10 ans, est emmené au Cimetière des Livres Oubliés par son père, bouquiniste. Le Cimetière des livres oubliés est un lieu secret, où est conservée une immense collection de livres oubliés ou tombés dans l’oubli. Ici, sous les yeux vigilants de son père et de Sr Isaac, le gardien du cimetière, Daniel choisit un livre, L’Ombre du vent, écrit par un auteur inconnu, Julian Carax. À partir de ce jour, Daniel se lance dans une quête pour en savoir plus sur le livre, son mystérieux auteur et l’histoire de sa vie. Ce livre s’insère profondément dans la vie de Daniel, et les vies de l’auteur et du lecteur commencent à s’entremêler.
Tout ce que l’on sait de l’auteur, c’est qu’il est un jeune Espagnol qui a vécu à Paris. Il aurait disparu après un duel. Quelqu’un a détruit toute l’œuvre de Julian Carax et s’en prend au dernier exemplaire de L’Ombre du vent. Un ton plus profond de suspense et de mystère commence à entourer ce livre fascinant et son auteur. D’étranges coïncidences se produisent à mesure que de plus en plus de personnes s’impliquent dans la poursuite de l’histoire de la vie de Julián Carax.
Daniel se lie d’amitié avec un habitant de la rue nommé Fermín, un dissident politique, et l’emmène travailler avec son père. Fermín se retrouve lui aussi entraîné dans la quête de Daniel pour découvrir la vérité sur Julian Carax. Avec l’aide de Fermín, ils rencontrent les différents personnages qui ont participé au destin de Julián et, peu à peu, cette histoire commence à se dévoiler. Plus ils approfondissent l’histoire de Julian, plus le danger commence à les entourer.
Daniel et Fermín rencontrent enfin Nuria Monfort, qui avait travaillé avec l’éditeur de Julián. Nuria était amoureuse du jeune auteur. Avec la mission commune de sauver l’œuvre de Julián, Nuria rencontre et épouse finalement le meilleur ami de l’auteur, Miquel Moliner. C’est Nuria qui raconte toute l’histoire à Daniel.
Julian Carax, fils d’un humble chapelier et professeur de piano français, s’est lié d’amitié avec un riche homme d’affaires barcelonais, Don Ricardo Aldaya, qui a pris Julián sous son aile et a financé ses études dans une école coûteuse. Julián est un invité bienvenu dans la maison d’Aldaya, un grand manoir appelé l’Ange de la Brume.
À l’école, Julián s’est fait un groupe d’amis parmi lesquels Jorge Aldaya, Miquel Moliner et un garçon étrange, Francisco Javier Fumero. Ils ne savaient pas que Fumero, déchiré par l’envie, l’humiliation et l’amour non partagé, développe une haine sauvage envers les trois autres.
Julián est tombé amoureux de Penelope, la fille de Ricardo Aldaya. Ni l’un ni l’autre ne savaient que le jeune Fumero convoitait également Pénélope. Lorsque leur histoire d’amour est découverte, le jeune couple envisage de s’enfuir à Paris avec l’aide de leur bon ami Miquel Moliner. Pénélope ne parvient cependant pas à se rendre à la gare, car ses parents l’enferment dans sa chambre. Julián pense que Penelope a changé d’avis. À l’insu de Julián, Penelope est emprisonnée dans cette pièce jusqu’à ce qu’elle donne naissance à un bébé mort-né et meurt par conséquent des suites d’une hémorragie.
Pendant ce temps, à Paris, Julián est pris en charge par le propriétaire d’une maison close où il gagnait sa vie en jouant du piano. Julián écrit et publie quelques romans, dont L’Ombre du vent. Pendant ce temps, il entretient une histoire d’amour avec Nuria Monfort, qui travaille avec son éditeur en Espagne. Julián mène une vie simple et sans incident jusqu’à ce qu’il soit impliqué dans un duel avec Jorge Aldaya, le frère de Penelope, qui est tué. Carax s’enfuit à Barcelone pour découvrir toute l’histoire. Dans son désespoir, il tente de s’autodétruire par une folle obsession de détruire jusqu’au dernier exemplaire de ses livres. Il reçoit à nouveau l’aide et le soutien de son ami, Miquel Moliner, qui tente de protéger son ami de Fumero. Moliner est à cette époque très malade et marié à Nuria Monfort. Carax utilise l’Ange de la Brume comme cachette. Miquel, moribond, prête son identité à Carax et est tué par les hommes de Fumero. Fumero, sur le chemin de la destruction, assassine Nuria qui laisse une lettre à Daniel lui racontant toute l’histoire.
Fumero, se rendant compte qu’il s’est trompé d’homme, continue désespérément de chercher Carax et utilise Daniel pour le conduire vers son ennemi détesté. Daniel, aujourd’hui dix-huit ans, est profondément amoureux de la sœur de son meilleur ami, Bea. Leurs rencontres amoureuses secrètes ont lieu à l’Ange de la Brume, où ils conduisent par inadvertance Fumero à Carax. Une dernière bataille meurtrière a lieu entre Fumero et Carax, au cours de laquelle la vie de Daniel et Bea est menacée. Le résultat final de la bataille entre le bien et le mal est la disparition de Fumero.
L’histoire de Daniel a une fin heureuse, épousant son amour, Bea, et avec le soutien de son père aimant et bon ami Fermín, il reprend finalement la librairie de son père. Carax survit, reconstruit sa vie et recommence à écrire.