楚州贫困书生窦天章之女窦娥,幼年因父上京赶考被卖给蔡婆家做童养媳。婚后丈夫去世,婆媳相依为命,流氓张驴儿想占有窦娥,为窦娥所拒,于是他想毒死蔡婆以威胁窦娥,不料误毒死了自己的父亲。张驴儿见事已至此,便污陷窦娥杀死其父。
官府被张驴儿用银子买通,严刑逼讯蔡婆婆和窦娥,窦娥为救婆母自认杀人,被判死刑。此时,朝庭命官、廉访使窦天章至山阳县办公,并寻找女儿窦娥,窦娥临刑 前指天为誓,死后将血溅白绫,6月飞雪,大旱3年,以明己冤事。当窦天章赶到法场为时已晚,他决定为女儿申冤。
窦天章查明窦娥一案另有冤情,查案之时受到了一些贪脏枉法的官吏的阻挠,经过一番周折终于在大堂上严惩贪官,还了窦娥一身清白。此后窦天章自罢其职,甘为庶民,并奉养蔡婆。