خسرو پرویز، شاهزادهٔ جوان ساسانی، روزی از زبان نقاش نامداری به نام شاپور، وصف زیبایی‌های دختر ارمنی‌ای به نام شیرین را می‌شنود. شاپور چنان شیرین را برای خسرو تصویر می‌کند که شاهزاده دل در گرو او می‌نهد. از سوی دیگر، شاپور تصویر خسرو را برای شیرین می‌برد و شیرین نیز دلباختهٔ او می‌شود. این عشق، پیش از دیدار، در دل هر دو شعله می‌کشد.

شیرین سوار بر اسب معروفش «شبدیز»، از ارمنستان به سوی تیسفون رهسپار می‌شود تا خسرو را ببیند. خسرو هم به سوی ارمنستان می‌رود تا شیرین را ملاقات کند. در میانهٔ راه، بی‌آنکه همدیگر را بشناسند، کنار چشمه‌ای برخورد می‌کنند. خسرو شیرین را می‌بیند که با شور و طراوت در آب تن می‌شوید، اما جرئت معرفی ندارد. شیرین نیز به جوانی دلپسند می‌نگرد ولی نمی‌داند او همان خسرو است. این دیدار ناتمام در دل هر دو آتشی تازه می‌افکند.

وقتی خسرو به تیسفون بازمی‌گردد، خبر می‌رسد که پدرش، هرمزد، کشته شده و دشمنان بر او تاخته‌اند. خسرو ناچار به فرار می‌شود و به سوی ارمنستان پناه می‌برد. در آنجا نزد مریم (شاهزاده‌ای رومی) پناه می‌گیرد و به‌خاطر مصلحت، با او ازدواج می‌کند، اما دلش همچنان با شیرین است. شیرین که از این خبر آگاه می‌شود، دل‌آزرده می‌گردد و از خسرو دوری می‌گیرد.

در این میان، پهلوانی نیرومند و سنگ‌تراش هنرمندی به نام فرهاد وارد داستان می‌شود. فرهاد نیز عاشق شیرین می‌شود و برای به‌دست آوردن او کارهای شگفت‌انگیز انجام می‌دهد. مشهورترین آن، کوه‌کَنی برای رساندن آب به قصر شیرین است. شیرین به او مهر می‌ورزد، اما عشقی پاک و برادرانه، چرا که دلش همچنان با خسرو است. خسرو که رقیب را خطرناک می‌بیند، با حیله فرهاد را از میان می‌برد: او شایعه می‌سازد که شیرین مرده است. فرهاد، تاب این خبر را نمی‌آورد و جان می‌سپارد.

پس از مرگ مریم، خسرو دوباره به شیرین نزدیک می‌شود و سرانجام شیرین او را می‌پذیرد. آن‌ها با شکوه بسیار ازدواج می‌کنند و روزهای خوشی را در کنار هم می‌گذرانند. اما بخت با این دو یار همراه نیست: سال‌ها بعد، پسر خسرو، شیرویه، که به شیرین نیز دل‌بسته است، علیه پدر توطئه می‌کند و او را به قتل می‌رساند.

وقتی پیکر خسرو را در آرامگاه می‌گذارند، شیرین با دلی پر از اندوه بر بالین او می‌آید. او نمی‌تواند دوری خسرو را تاب بیاورد. جامهٔ سپید بر تن می‌کند، بر پیکر خسرو بوسه می‌زند و با خنجری پنهان، به زندگی خود پایان می‌دهد. بدین‌سان، دو دلدادهٔ افسانه‌ای، هرچند در زندگی به کمال نرسیدند، در مرگ در کنار هم آرام گرفتند.

«خسرو و شیرین» روایت یکی از ماندگارترین عشق‌های ادب فارسی است:

• عشقی سرشار از شور و رنج،
• رقابت عاشقانهٔ فرهاد و خسرو،
• و پایانی تراژیک و عاشقانه.