Joseph Rouletabille, een verslaggever voor een plaatselijke krant, onderzoekt de poging tot moord op Mathilde Stangerson, die de gele kamer uit de titel als haar slaapkamer gebruikt. Op het moment van de revolverschoten was haar kamer op slot en waren de ramen getralied, maar als haar vader binnenkomt nadat hij de deur heeft geforceerd, is er niemand behalve Mathilde. Dus wie heeft het gedaan en hoe is hij ontsnapt?
