窦娥从小死了母亲，她父亲窦天章是一位穷书生，因为上京赶考缺少盘缠，便把年仅七岁的她卖给蔡婆婆家做童养媳。窦娥十七岁与蔡氏之子成婚，可成婚没两年，丈夫就生病死了，只剩下了窦娥和她婆婆两人相依为命。
当地有个流氓叫张驴儿，欺负蔡家婆媳无依无靠，跟他父亲张老儿一起赖在蔡家，逼迫蔡婆婆嫁给张老儿。蔡婆婆软弱怕事，勉强答应了。张驴儿又胁迫窦娥跟他成亲，窦娥坚决拒绝。还把张驴儿痛骂了一顿。
张驴儿怀恨在心。没过几天，蔡婆婆生病了，要窦娥做羊肚汤给她吃。张驴儿便偷偷地在汤里下了毒药，想先毒死蔡婆婆，再逼窦娥成亲。窦娥把羊肚汤端给蔡婆婆喝。蔡婆婆接过碗，忽然不舒服要呕吐，就让给张老儿喝了。张老儿中了毒，在地上翻滚几下就咽了气。张驴儿没想到毒死了自己父亲，恼怒不已，便把杀人的罪名栽赃到窦娥身上。告到楚州衙门。
楚州知府不问青红皂白，便把窦娥抓到公堂讯问，逼她招认。窦娥受尽拷打，痛得死去活来，还是不肯承认。
知府知道窦娥待她婆婆很孝顺，就当着窦娥的面要拷打蔡婆婆。窦娥想到婆婆年纪大了，受不起这个酷刑，只好含冤招供，承认是自己下毒。于是贪官知府便将窦娥定了死罪，押到刑场去处决。
临刑前，窦娥满腔冤屈无处可诉，她不想就这么白白死去，于是含着热泪向苍天起誓：“我窦娥真的是被冤枉的，我的冤屈只有老天爷知道。为了证明我的清白，我死后，一要让这刀过头落，一腔热血全溅在上空的白练上，二要天降大雪，遮盖我的尸体，三要让楚州从此大旱三年！”
刽子手行刑后。窦娥的鲜血竟然一滴都没有落在地上，全部飞溅在了高挂的白布上。当时围观的百姓暗自称奇。紧接着天地变色，狂风大作，天空飘起鹅毛大雪，密密地覆盖在窦娥的身上。那时候正是六月夏天，每一个在场的人都惊呼：“这窦娥真是冤枉的！”
接下来，楚州果真大旱了三年。所有人都相信窦娥的冤屈，为窦娥抱不平，直到窦娥的父亲窦天章在京城做官返乡，窦娥的冤案才得到昭雪，杀人凶手张驴儿被处以死刑，贪官知府也得到了应有的惩罚。
