单纯幼稚的爱国青年亚瑟因受忏悔神父的诱骗而泄露了青年意大利党的秘密，导致同志被捕，自己也被朋友误解，于是佯装投河自尽，设法奔赴南美。13年后，当他带着一身伤残重回故乡时，苦难的经历已把他磨练成一个坚定的革命者。他积极投身推翻异族统治的斗争，用“牛虻”的笔名发表文章，揭露、讽刺教会的反动本质和欺骗行为。在一次偷运军火准备起义的行动中，牛虻被捕，经受了敌人的酷刑和实为自己生父的神父的劝降，最后英勇就义。