诗人霍夫曼独自坐在纽伦堡冷清的吕特酒馆中，他仰慕的女明星斯特拉正在隔壁的歌剧院主演歌剧《唐璜》。艺术女神缪斯想得到霍夫曼的心，她变出葡萄酒与啤酒的精灵吸引霍夫曼的注意，自己则化身为霍夫曼的朋友尼克劳斯。霍夫曼的情敌参议员林多尔夫走进酒馆，他买通了斯特拉的仆人，得到一封斯特拉写给霍夫曼的信，里面有一把她化妆间的钥匙。林多尔夫决定取代霍夫曼，获得斯特拉的青睐。一群吵闹的大学生走进酒馆，与霍夫曼和尼克劳斯一喝酒，学生们催霍夫曼讲故事，于是他唱起一首名叫克列扎可的奇怪侏儒的民谣，唱着唱着，他开始转而讲述他的悲惨的恋爱故事。

在巴黎的一间实验室，神秘博士斯帕朗扎尼发明了一个机械娃娃，叫做奥林匹亚。不明真相的霍夫曼来到这里，并对奥林匹亚一见钟情。这时，科学怪人高佩琉斯来卖给霍夫曼一副有魔力的眼镜，戴上后，奥林匹亚看上去就和真人一样。斯帕朗扎尼向高佩琉斯购买了奥林匹亚的眼睛，并给他开了500个达克特（ducat，欧洲钱币）的假支票。不久，参加博士的宴会的客人陆续前来看望奥林匹亚，上过发条的奥林匹亚唱了一曲咏叹调“玩偶之歌”迷住了霍夫曼，他急切地向奥林匹亚表白自己的感情，并邀她跳起了舞。这时奥林匹亚的发条出了故障，她飞速转动着出了房间，把霍夫曼摔倒在地。碰巧气急败坏的高佩琉斯回来要找斯帕朗扎尼算账，暴怒的他将奥林匹亚拆成一个个零件，摔破了眼镜的霍夫曼惊讶的瞪着成为碎片的奥林匹亚，周围的人们都嘲笑他愚蠢的爱上玩偶。

在慕尼黑一间废弃的歌剧院，霍夫曼的第二个女朋友，热爱唱歌的女孩安东尼娅正坐在钢琴前唱一首悲哀的情歌，她的父亲克里斯佩尔禁止她唱歌，因为她已故的母亲遗传给她心脏病，唱歌对她是致命的。他严厉嘱咐老仆弗朗兹不要让任何人进屋。这时霍夫曼和尼克劳斯偷偷来探病，霍夫曼向安东尼娅发誓永恒的爱情，他们快乐的唱起了情歌。这时女孩的父亲回来，霍夫曼便藏了起来。巫师医生米拉克勒博士（Dr. Miracle），上门出诊，他假意请她唱一两句歌来听听她的嗓音。由于米拉克勒曾医死了安东尼娅的母亲，女孩的父亲担心他图谋不轨，将他赶了出去。当女孩的父亲和霍夫曼离开后，米拉克勒突然出现，他利用成为歌唱家的虚荣诱惑安东尼娅，并用巫术使女孩已故母亲的灵魂现身，劝说女孩唱歌。随着米拉克勒的蛊惑，安东尼娅越唱越激动，直到崩溃倒地。霍夫曼和克里斯佩尔冲进房间时，女孩已经死去。克里斯佩尔责怪霍夫曼害了自己的女儿，并威胁要杀了他，幸亏尼克劳斯及时出现解救了霍夫曼。

在威尼斯运河上的一所高级妓院，交际花朱丽叶塔与尼克劳斯一同唱着优美的船歌。霍夫曼在众宾客中独自喝着酒，精神颓唐。朱丽叶塔邀请霍夫曼去她的房间，尼克劳斯警告霍夫曼要当心，但霍夫曼否认自己对朱丽叶塔的兴趣。朱丽叶塔的情人施莱密尔暗暗嫉妒霍夫曼讨得朱丽叶塔的欢心。黑魔法师达佩图托用一串闪耀的钻石项链诱惑朱丽叶塔，唆使她偷取霍夫曼的影子，之前施莱密尔的影子便是被达佩图托偷走，朱丽叶塔同意了。不出所料，朱丽叶塔的美色使得霍夫曼爱上了她，霍夫曼向施莱密尔要求朱丽叶塔房间的钥匙，被拒绝后他与施莱密尔决斗，并用达佩图托给的魔剑将施莱密尔杀死。朱丽叶塔劝说霍夫曼为了自己的安全离开威尼斯，但请求霍夫曼把他的镜中倒影留给自己，因为她无法忍受与霍夫曼分离，恋爱中的霍夫曼同意了。他走后，朱丽叶塔与她的新欢，驼背的皮蒂基纳乔偷偷离开了，这时霍夫曼才意识到她不仅背叛了自己，还骗取了他的影子。担心霍夫曼杀人被捕，尼克劳斯再次把他救走。

霍夫曼讲完了三个的故事，只想继续用酒精麻醉自己，忘记令人心碎的爱情。这时，演出大获成功的斯特拉走进酒馆，但酩酊大醉的诗人已经神志不清倒在桌上，斯特拉失望地同殷勤的议员林多尔夫一同离开。霍夫曼感到辛酸绝望，再度唱起克列扎可的民谣，倒在桌子上大醉不醒。最后，缪斯女神现身，她鼓励诗人专心艺术创作，发现自己内在的崇高，霍夫曼不是通过女人的爱，而是通过音乐、诗歌和艺术得到了救赎。