제1막
배우가 되는 꿈을 꾸는 예쁜 하녀 아델레는 아이젠슈타인 부자 가문의 집에서 일한다. 그녀의 여주인 로잘린데를 숭배하는 알프레드는 창문 아래에서 세레나데를 부른다. 로잘린데와 함께 홀로 있기를 바라는 그는 아델레를 오를롭스키 왕자가 여는 가장 무도회에 보낸다. 기뻐한 아델레는 핑계만 들고 적절한 옷만 찾아내면 된다. 하지만 로잘린데는 하녀 아델레의 설득에 굴복하지 않는다. 집의 가장인 금융가 하인리히가 나타난다. 그는 나쁜 소식이 있다. 다른 사람의 영지에서 사냥을 한 그는 8일 동안 감옥에 가 있어야 한다. 하인리히는 자신이 아니라 그의 변호사 블린트의 죄라고 생각한다. 그 때 블린트가 들어와서 사건의 재심을 청구하겠다고 약속을 한다. 로잘린데와 하인리히가 그를 꾸짖는다. 변호사는 떠나고, 부부는 홀로 남겨지고, 하인리히는 그의 우발적인 밀렵 행위에 대해 로잘린데에게 말한다. 그가 이야기를 하다가 아내에게 숨기고 싶은 상세한 부분을 자꾸 말하게 된다. 그 때 아이젠슈타인네를 찾아온 하인리히의 친구인 극장 감독 팔케가 하인리히의 즉흥적인 거짓말을 도와준다. 팔케는 로잘린데 몰래 하인리히에게 카람볼이라고 하는 후작의 이름으로 오늘 무도회에 가자고 하며 감옥에는 내일 아침에 가도 된다고 한다. 이 위험한 모험은 하인리히를 기쁘게 한다. 이별의 순간이 온다. 부부는 감동적으로 헤어지고 하인리히는 슬퍼하는 로잘린데를 떠난다. 이 상황은 보는 알프레드는 즉시 집의 주인처럼 굴면서 와인을 많이 마시고 있다. 하인리히를 체포하기 위해 온 교도소장 프랑크는 실수로 알프레드를 감옥에 데려 간다.
제2막
오를롭스키 왕자의 집에 있는 홀은 수많은 손님으로 가득 차 있다. 모두를 환영하는 그는 모든 사람이 아침까지 술을 마시고 즐기도록 초대한다. 가면과 의상 덕분에 아무 손님을 알아볼 수 없다. 따라서 아래와 같은 일련의 오해가 이어진다. 팔케는 분홍색 드레스를 입은 여성에 대해 관심이 있는데, 그녀가 여주인에게서 드레스를 빌린 아델레라는 사실을 당분간 알지 못한다. 하인리히는 박쥐 의상을 입은 신비한 여성에게 시선이 간다. 그녀는 모두를 감탄시키게 노래하고 차르다시라는 헝가리 춤을 춘다. 오를롭스키는 그가 여자 남작이라고 생각하는 매력적인 아델레를 후작이라고 생각하는 하인리히에게 소개한다. 서로를 못 알아본 노출이 두려운 하녀와 주인은 끝까지 다른 사람으로 가장한다. 마침내 하인리히는 박쥐의 가면을 쓴 아름다운 낯선 여성과 함께 홀로 있다. 그는 박쥐 아래 자신의 아내가 숨어 있다고 의심하지 않는다. 로잘린데는 흥분해진 심장의 뛰는 속도를 확인하는 핑계로 하인리히에게 그녀가 선물한 시계를 보여 달라고 하며 훔쳐간다.
한편 즐거움이 계속 이어진다. 손님들은 술을 마시면서 춤을 춘다. 아침에는 하인리히와 프랑크가 감옥에 간다. 한 명은 체포되고 다른 한 명은 일을 하러 가야 한다. 놀랍게도 하인리히는 로잘린데의 남편이 이미 전날 밤에 감방으로 갔었다고 프랑크로부터 알게 된다. 술에 취한 하인리히와 프랑크는 감옥 성으로 향한다.
제3막
교도소에는 술꾼 당직 사관이 있다. 무도회를 마치고 감옥에 온 그의 상사 프랑크는 목욕을 하려고 한다. 하인리히가 온다. 질투심 많은 그는 자신의 도플갱어가 누구인지 알고 싶어한다. 술을 깨어 진정한 범인 대신 더 이상 감옥에 가고 싶지 않은 알프레드가 변호사를 요청하여, 블린트 변호사가 나타난다. 분노한 하인리히는 변호사에게서 옷과 가발을 빼어 가짜 아이젠슈타인인 알프레드에게 직접 심문을 한다.
가짜 변호사와 야기하는 알프레드는 아이젠슈타인네에서 저녁 사건 이야기에 대한 변호사의 극심한 반응에 놀랐다. 그때 로잘린데가 들어온다. 하인리히는 그녀에게 혼을 내자, 그녀는 남편에게 그의 부정의 증거인 시계를 보여준다. 하인리히는 자기 잘못을 인식하고 용서를 구한다. 오를롭스키 왕자의 계속 놀고 싶어하는 손님들이 들어온다. 박쥐 가면을 쓴 로잘린데는 모든 사람에게 자신을 밝힌다. 하녀 아델레는 팔케의 극단에 입단하기로 한다. 모두 다 «도덕은 악을 부끄럽게 하고 우리에게 교훈을 주었다»고 마무리를 한다.
