在东汉明帝永平五年，剡县（今浙江嵊州）有两个年轻人，一个叫刘晨，一个叫阮肇。他们二人情谊深厚，相约一起进入天台山去采集谷皮。
他们顺着山路往深山走去，一路上风景秀丽，但山路崎岖难行。不知不觉间，两人在山中迷失了方向，怎么也找不到回去的路。就这样在山里徘徊了十三天，带来的干粮全部吃光了，他们又累又饿，身体十分虚弱，几乎快要饿死。
就在他们感到绝望的时候，远远地望见山上有一棵桃树，树上结满了果实。可是山势极为陡峭，没有现成的路可以上去。求生的欲望驱使着他们，两人手脚并用，攀援着藤葛，好不容易才爬到桃树边。他们摘下桃子，每人吃了几个，顿时觉得精神一振，饥饿感减轻了许多，体力也慢慢恢复了一些。
吃完桃子后，他们下山找水喝。拿着杯子来到溪边取水，正准备洗漱的时候，忽然看到有芜菁叶从山腹间随着水流漂出，叶子十分新鲜。紧接着，又有一个杯子漂了出来，里面装着胡麻饭。两人看到这些，心想：“这附近应该有人居住吧。” 于是他们顺着水流的方向，逆水而上，走了二三里路，渡过一座小山，眼前出现了一条宽阔的溪流。
溪边站着两位女子，容貌艳丽非凡，堪称绝代佳人。她们看见刘晨和阮肇拿着杯子走过来，便笑着说：“刘阮二郎，拿着刚才丢失的流杯来了。” 刘晨和阮肇十分诧异，他们并不认识这两位女子，可对方却能直接叫出他们的姓氏，好像跟他们很熟悉似的。这两位女子热情地邀请他们到家中做客，两人心中虽然疑惑，但还是跟着去了。
他们来到女子的住所，只见房屋是用铜瓦盖的，在南壁和东壁下各有一张大床，床上都挂着绛红色的罗帐，帐角悬挂着金铃，金银交错，光彩夺目。床头还各有十名侍婢站立在两旁。女子吩咐道：“刘阮二郎，你们在山路上历经艰险，刚才虽然吃了仙桃，但身体还很虚弱，快些做饭给他们吃吧。” 吃完饭，又摆上酒来。正在喝酒的时候，有一群女子走了进来，每个人手中都拿着三五颗桃子，笑着说：“祝贺你们女婿到来。” 酒过三巡，开始奏乐，美妙的音乐声回荡在屋中。刘晨和阮肇又惊又喜，同时也有些害怕。
到了晚上，女子让刘晨和阮肇各入一帐休息，女子也随之进入帐中相伴。她们说话的声音清脆婉转，让人听了心情愉悦，渐渐地，两人忘却了所有的忧愁。
就这样，他们在仙女的住处度过了十天。之后，两人思念家乡，想要回去。仙女们说：“你们能来到这里，是前世的缘分牵引，为什么还要回去呢？” 刘晨和阮肇虽然有些动摇，但思乡之情还是很强烈。不过仙女们的热情挽留，让他们又停留了半年。在这山中，气候总是宜人的，草木四季常青，就像春天一样，百鸟啼鸣婉转，宛如仙境。然而，两人对家乡的思念却与日俱增，最后苦苦哀求仙女让他们回去。仙女们无奈地说：“罪孽牵缠着你们，这可如何是好？” 于是召集来了三四十位女子，大家一起集会奏乐，为刘晨和阮肇送别，并且给他们指明了回家的路。
两人顺着仙女指的路下山，终于走出了天台山。然而，当他们回到村子后，却发现一切都变了。亲人和旧友都已不在人世，房屋的样式也和以前大不相同，周围的人他们一个都不认识。经过打听才知道，此时已经是晋太元八年，距离他们进山的时候，已经过去了七世。在这漫长的时间里，世间发生了巨大的变迁。传说之前也有人进山后迷失方向，再也没有回来。刘晨和阮肇这才明白，自己在山中遇到的确实是仙女，而他们所经历的这段时光，仿佛是一场跨越时空的美梦。
