Hiram B. Otis, un adinerado funcionario norteamericano, debe establecer su residencia en el Reino Unido por motivos profesionales, por lo que decide adquirir el castillo de Canterville, una antigua casa señorial, desoyendo las advertencias de su anterior propietario sobre la presencia de fantasmas en el inmueble. Acompañado por su esposa Lucrecia y por sus hijos Washington, Virginia y los pequeños gemelos Barras y Estrellas, el señor Otis descubre una mancha de sangre en uno de los salones de la mansión el mismo día de su mudanza. La señora Umney, el ama de llaves, le explica a la familia que la existencia de aquella mancha se remonta al momento del asesinato de Lady Eleanor de Canterville a manos de su marido y antiguo propietario del castillo, Sir Simon de Canterville, no pudiendo ser quitada de dicho lugar durante más de tres siglos. Sin inmutarse ni otorgar mayor importancia a las historias de fantasmas, la familia Otis resuelve el problema desde un punto de vista pragmático, limpiando la mancha con un moderno producto de limpieza.
Al día siguiente, la mancha de sangre reaparece a pesar de haber sido removida con el quitamanchas. De esta manera, los nuevos propietarios del castillo de Canterville admiten finalmente la presencia de una figura fantasmagórica en la mansión. El primer encuentro con el espectro se produce por la madrugada, cuando el señor Otis escucha un desagradable sonido de hierros arrastrándose por los pasillos y decide levantarse de la cama. El hombre enfrenta al fantasma, recomendándole de forma amable la utilización de un líquido lubricante para disminuir el ruido que sus pesadas cadenas producen durante sus paseos nocturnos por la mansión. En paralelo, los gemelos se encuentran con el fantasma en numerosas ocasiones y en todos los casos el resultado es el mismo: los intentos de sir Simon para aterrorizar a los norteamericanos fracasan, porque los pequeños Barras y Estrellas le tienden trampas, obstáculos y bromas pesadas. Profundamente afectado por las humillaciones recibidas, el fantasma resuelve vengarse de la familia Otis, pero la constante frustración de sus propósitos le ocasiona un grave daño a su autoestima, lo que lo lleva a cuestionarse sobre si la reputación conseguida a lo largo de tres siglos ha dejado de tener efecto.
Durante la visita del duque de Cheshire, un joven miembro de la nobleza interesado en la belleza de Virginia, la hija de la familia Otis encuentra accidentalmente al fantasma en una de las habitaciones de la mansión. Durante el diálogo que ambos entablan, sir Simon manifiesta sus profundos sentimientos de tristeza y su deseo de obtener un descanso definitivo a través de la muerte. En esta dirección, el fantasma menciona la existencia de una profecía grabada sobre las vidrieras de la biblioteca, en la que se anticipa que una muchacha virtuosa e inocente ayudará a que el alma de un pecador obtenga finalmente la paz. En respuesta a las súplicas del fantasma, Virginia Otis decide ayudarlo y ambos se desvanecen a través de un hueco secreto en el muro.
Cuando descubren que Virginia ha desaparecido, la familia Otis se alarma enormemente. Al cabo de algunas horas, la muchacha es encontrada en la oscuridad de la mansión, cerca de las escaleras. Virginia explica que su desaparición se debió a que el fantasma necesitaba su ayuda para poder morir y que este, como muestra de gratitud, le obsequió un cofre lleno de antiguas joyas. Cuatro días más tarde, se realiza la ceremonia fúnebre de sir Simon de Canterville, con la presencia de la familia Otis y de sus herederos.
Unos años más tarde, Virginia se une en matrimonio con el duque de Cheshire. Aunque nunca revela a nadie lo ocurrido durante las horas en las que estuvo desaparecida, Virginia confiesa que obtuvo un importante aprendizaje de su experiencia con el fantasma de Canterville.
