英国船主勃尔顿之子亚瑟是位私生子。他的母亲是勃尔顿年青美貌的妻子葛拉第斯，生父是天主教神甫蒙太尼里。亚瑟十七岁时成了比萨神学院哲学系的学生，该院院长正是生父蒙太尼里。蒙太尼里对亚瑟关怀备至，笃心教诲，他们很快成了忘年之交，像恋人一样终日形影不离。在假期期间也相依相随，一起漫游了瑞士明媚秀丽的山川景色。
十九世纪三十年代的意大利，外受奥地利的奴役统治，内受王公贵族的压迫剥削，民族矛盾和阶级矛盾错综复杂尖锐激烈。意大利人民难以忍受统治阶级的奴役统治，在G·玛梯尼的领导下创立了革命组织“青年意大利党”。这是个秘密组织。亚瑟在参加该组织的一次活动中，意外地发现他青梅竹马的朋友——琼玛也在其中，这使他欣喜万分。他的秘密活动虽受到蒙太尼里的猜疑，但终究没有曝露。不久新上任的卡尔狄神父来到比萨，他以同情学生对当局不满的面目出现。很快赢得了亚瑟的信任。不谙世故的亚瑟在向这位道貌岸然老奸巨滑的神父忏悔时，无意中坦露了青年意大利党的某些活动，因而不久被捕入狱。在狱中亚瑟和上校进行了尖锐激烈的斗争，经受了种种折磨和难言的苦难，充分表现了革命者的英勇顽强和坚毅不拔。最后由于蒙太尼里的干预而重获*。出狱后的亚瑟既受到家人的冷落嘲弄，也受到朋友们的误解歧视，他痛苦万分。在万般无奈之下，一天黑夜他躲进一远洋航轮的船仓，背井离乡远远地离开了意大利。
十三年后的意大利，一次巨大的社会风暴又在酝酿之中。青年意大利党的革命志士们开始出版刊物，印刷报纸，散发传单进行宣传鼓动。在这些活动中他们深感缺少一位笔锋犀利，锋芒毕露的人物，此时有人提议邀请名闻遐迩的列瓦雷士——绰号牛虻的人参加。牛虻不是别人正是十三年前逃亡南美的亚瑟。他的突然消失使人们以为他已溺水身亡。在南美流浪期间他饱尝了人间的苦难和辛酸。在利马港口当过仆役，在杂耍班当过小丑，在干蔗场当过临时工，在杜普雷探险队当过苦工。他的足迹遍及智利、秘鲁、厄瓜多尔等地，结果腿瘸了，脸上留下了深深的疤痕，弄得遍体鳞伤。最后携带着情人，吉卜赛姑娘绮达·莱尼辗转回到了欧洲，继续从事革命活动。牛虻在玛梯尼领导的革命队伍中又遇到青年时的恋人——琼玛，此时他们相见不相
识，形同路人。十三年前，由于反动派的迫害，她和渡拉流亡伦敦，并在那里结婚定居。天有不测风云，丈夫波拉和他们的女儿先后染病身亡，琼玛在万般无奈中只身一人返回意大利。此时人们均称她为波拉太太。十三年后的蒙太尼里已是大主教，朝庭革新派的代表，蜚声遐迩。牛虻和蒙太尼里由于其不同的阶级地位而代表着不同的阶级利益，在斗争的两个营垒中，针锋相对。牛虻恨透了基督教的虚伪和欺骗伎俩。当大主教来到佛罗伦萨时，牛虻以极其激烈的言词对其进行讽剃，揭露和打击，充分展示了他对宗教刻骨铭心的仇恨和讽刺嘲笑的才能。
为了开展武装暴动，革命党人从英国走私了一批军火，牛虻戴上假发胡子化装成朝圣的香客，和其它地下党人一起出色地完成了任务，将军火安全地运送到了教皇领地。下一步是如何将军火迅速安全地分发到各地。这是艰巨而危险的工作。牛虻力排众议，主动挑起了重担，化装成科西嘉人再闯山城。当牛虻如约奔赴联络地时适逢集市，敌人骑巡队穿梭往来，敌人暗探密布，不幸在和敌人遭遇后的千钧一发之际，加之蒙太尼里的突然干扰，使牛虻无法摆脱敌人重围，因而被捕。牛虻被捕无疑对革命组织是个沉重打击，他们想尽办法全力以赴设法营救。牛虻在牢房内对敌兵说服瓦解，以图里应外合，但不料第一次营救败于垂成，敌人因而加强了防范。蒙太尼里在探监时知悉牛虻不是别人正是他的儿子亚瑟。虽然他也假仁假义地予以关照，但却极力说服牛虻改弦更张，放弃革命理想。而牛虻则针锋相对，劝蒙太尼里放弃神职，回到人民中来。双方各执一词寸步不让，在最后时刻蒙太尼里凶相毕露，让出儿子，经军事法庭判为死刑。就这样牛虻为祖国的独立解放献出了宝贵的生命。在牛虻慷慨就义后不久。另一噩耗震动全城：红衣主教蒙太尼里因心脏破裂而突然身亡。
《牛虻》是部成功的小说。它一，出版就引起了轰动性效应，被译成多种文字，风行世界历久不衰。其作者艾·丽·伏尼契也因此而一举成名，在群星灿烂的英国文坛据有一席之地。
