El amor en los tiempos del cólera cuenta la historia de amor entre Florentino Ariza y Fermina Daza. La acción se desarrolla en Colombia y el Caribe entre 1870 y 1930, aproximadamente.
La novela comienza el día de la muerte de Juvenal Urbino, un domingo de Pentecostés. Él es un médico de 71 años, exitoso y públicamente reconocido, casado con Fermina Daza. Especializa su carrera en la enfermedad del cólera, como su padre. Ese domingo visita a su amigo Jeremiah Saint-Amour, quien se había suicidado. Juvenal conversa con la amante de Jeremiah y descubre que tenía decidido matarse hacía mucho tiempo para evitar vivir su envejecimiento.
Cuando retorna a su casa en La Manga, se cae de un árbol a donde había subido para buscar a su loro y muere. En el velorio, Florentino Ariza visita a Fermina, su primera novia de la adolescencia, y le confiesa que había honrado su pacto de lealtad y amor eterno realizado hacía cincuenta años, y que había esperado la muerte de su esposo para recuperarla. Fermina se enoja y lo echa de su casa.
Su historia de amor adolescente se desarrolla de manera epistolar, ya que mantienen su vínculo en secreto. Lorenzo Daza, el padre de Fermina, no quiere casar a su hija con un hombre pobre y encima bastardo como Florentino. En cambio, Escolástica, la tía de Fermina y encargada de su crianza, incentiva a su sobrina a seguir el juego de amor con Florentino. Durante estos años, Florentino sufre de mareos, vómitos y desmayos por los nervios que le genera recibir cartas de su amada. Su padrino relaciona los síntomas del amor con los síntomas del cólera.
Se envían cartas por casi cuatro años, se enamoran pasionalmente e incluso planean su boda. El estilo de Florentino es barroco, recargado y exagerado y el de Fermina es más sobrio y escueto. Un día, Lorenzo encuentra una carta y se lleva a Fermina de la ciudad para que olvide a Florentino. Antes amenaza a Florentino para que dejara en paz a su hija.
Fermina y Lorenzo viajan a la casa de Hildebranda Sánchez, prima de Fermina, quien la ayuda a reestablecer la correspondencia con su enamorado. Ambos esperan el regreso de Fermina para formalizar su compromiso de casamiento.
Sin embargo, cuando Fermina retorna a su ciudad natal y se reencuentra con su amado, se da cuenta de que su amor por él es una ilusión, no lo ama y no quiere casarse con él. Florentino se angustia y se decepciona por la reacción de Fermina. Ambos protagonistas sufren en el cuerpo los dolores que les genera el desamor.
Juvenal visita a Fermina para asegurarse de que no tuviese cólera y Lorenzo descubre en Juvenal a un candidato ideal para casar a su hija. Es un médico perteneciente a una clase social acomodada. En tanto, Juvenal vuelve a la casa de Fermina y muestra interés por ella e Hildebranda Sánchez incentiva a su prima a casarse con Juvenal. Fermina termina aceptando su oferta solamente para no dejar pasar la oportunidad.
Cuando Florentino se entera de la boda termina postrado en su cama de la angustia. Consigue un trabajo gracias a su tío en otra ciudad y se embarca en un barco hacia allí pero durante el viaje se arrepiente y decide volver a su ciudad. Comienza a tener relaciones sexuales con varias mujeres pero nunca deja de amar a Fermina.
Luego del casamiento, Juvenal y Fermina se van de luna de miel a París. Cuando vuelven Fermina está embarazada de seis meses. Cuando Florentino la ve embarazada, decide trabajar y ser exitoso para recuperarla cuando Juvenal muriese. Consigue un trabajo en la Compañía Fluvial del Caribe en donde trabajaba su padre que había muerto a sus diez años. Su tío León le consigue un puesto como escribiente de la Dirección General. Gracias a la ayuda de su amiga Leona, asciende rápidamente en la empresa. Tiene varias amantes que lo distraen del dolor que siente por Fermina, pero permanece soltero y no deja de amar a Fermina. Cuando se encuentra con ella en determinados eventos sociales y la ve envejecer, se preocupa por el tiempo que le queda disponible para compartir.
Entre tanto, Juvenal y Fermina consolidan un cómodo matrimonio que se muestra muy feliz hacia el exterior. Sin embargo, Fermina sufre la integración a las normas de una clase social que no es la suya. Tienen una crisis cuando Juvenal confiesa haberse enamorado de una paciente y tenido una relación con ella por cuatro meses. Fermina se va de su casa por dos años pero luego vuelve. En la vejez se vuelven muy dependientes entre ellos.
Fermina queda destrozada cuando Juvenal muere y, ante la confesión de Florentino, lo echa de su casa. Luego le escribe una carta llena de odio y furia. Él le contesta cartas con un estilo muy novedoso: más impersonales y lógicas. Fermina se emociona con la correspondencia y entabla con él una relación amistosa, a través de cartas y visitas semanales.
Como Fermina quiere huir desesperadamente de la ciudad, Florentino le propone irse en un barco de viaje. En el viaje, su relación amorosa se construye lentamente. En la última parada, Fermina encuentra a gente conocida y no quiere ser vista. Entonces Florentino negocia con el capitán que pusiera una bandera amarilla en el barco, que significa que hay enfermos de cólera a bordo. De ese modo pueden volver sin frenar en ningún puerto ni subir a más pasajeros. Sin embargo, deciden no volver a sus hogares y continuar su vida juntos navegando por siempre.
