桑提亞哥是古巴的一個老漁夫，他年輕時非常出色，強健有力，他曾經和一個黑人比賽掰腕子，比了一天一夜，最后終于戰勝了對手。到了晚年，他的經歷和反應都不如從前，老婆死后，他一個人孤獨地住在海邊簡陋的小茅棚里。
有一段時間，老漁夫獨自乘小船打魚，他接連打了84天，但一條魚也沒有捕到。本來一個叫曼諾林的男孩子總是跟他在一起，可是日子一久曼諾林的父母認為老頭悖運，吩咐孩子搭另一條船出海，果然第一個星期就捕到三條好魚。孩子每次見到老頭每天空船而歸，心里非常難受，總要幫他拿拿東西。
桑提亞哥瘦削憔悴，后頸滿是皺紋，臉上長著疙瘩，但他的雙眼象海水一樣湛藍，毫無沮喪之色。他和孩子是忘年交。老頭教會孩子捕魚，因為孩子很愛他。村里很多打魚的人都因為老頭捉不到魚拿他開玩笑，但是在曼諾林的眼里，老頭是最好的漁夫。他們打漁不但是為了掙錢，而是把它看作共同愛好的事業。孩子為老頭準備飯菜，跟他一起評論壘球賽。老頭特別崇拜壘球好手狄馬吉奧。他是漁民的兒子，腳跟上雖長有骨剌，但打起球來生龍活虎。老頭認為自己已經年邁，體力不比壯年，但他懂得許多捕魚的訣竅，而且決心很大，因此他仍是個好漁夫。
老人和孩子相約第二天，也就是第85天一早一起出海。半夜醒后他踏著月光去叫醒孩子，兩人分乘兩條船，出港后各自駛向自己選擇的海面。
天還沒有亮，老頭已經放下魚餌。魚餌的肚子里包著魚鉤的把子，魚鉤的突出部分都裹著新鮮的沙丁魚。魚餌香氣四溢，味道鮮美。
正當桑提亞哥目不轉睛地望著釣絲的時候，他看見露出水面的一根綠色竿子急遽地附入水中。他用右手的大拇指和食指輕輕捏著釣絲。接著釣絲又動了一下，拉力不猛。老頭明白，一百英尋之下的海水深處，一條馬林魚正在吃魚釣上的沙丁魚。他感覺到下面輕輕的扯動，非常高興。過了一會兒他覺得有一件硬梆梆、沉甸甸的東西，他斷定這是一條大魚。這激起他要向它挑戰的決心。
老人先松開釣絲，然后大喝一聲，用盡全身的力氣收攏釣絲，但魚并不肯輕易屈服，非但沒有上來一英寸，反而慢慢游開去。老頭把釣絲背在脊梁上增加對抗馬林魚的拉力，可是作用不大，他眼睜睜地看著小船向西北方飄去。老頭想魚這樣用力過猛很快就會死的，但四個小時后，魚依然拖著小船向浩渺無邊的海面游去，老頭也照舊毫不松勁地拉住背在脊梁上的釣絲。他們對抗著。
這時，老人回頭望去，陸地已從他的視線中消失。太陽西墜，繁星滿天。老人根據對星的觀察作出判斷：那條大魚整夜都沒有改變方向，夜里天氣冷了，老頭的汗水干了，他覺得渾身上冷冰冰的。他把一個麻袋墊在肩膀上的釣絲下面減少摩擦，再彎腰靠在船頭上，他就感到舒服多了。為了能堅持下去，他不斷的和魚、鳥、大海對話，不斷的回憶往事，并想到了曼諾林，他大聲地自言自語：“要是孩子在這兒多好啊，好讓他幫幫我，再瞧瞧這一切。”
破曉前天很冷，老頭抵著木頭取暖。他想魚能支持多久我也能支持多久。他用溫柔的語調大聲說：“魚啊，只要我不死就要同你周旋到底。”太陽升起后，老頭發覺魚還沒有疲倦，只是釣絲的斜度顯示魚可能要跳起來，這正是他求之不得的事。他說：“魚啊，我愛你，而且十分尊敬你。可是今天天黑以前我一定要把你弄死。”魚開始不安分了，它突然把小船扯得晃蕩了一下。老頭用右手去摸釣絲，發現那只手正在流血。過了一會他的左手又抽起筋來，但他仍竭力堅持。他吃了幾片金槍魚肉好增加點力氣來對付那條大魚。
正在這時釣絲慢慢升起來，大魚終于露出水里。在陽光下，這渾身明亮奪目，色彩斑斕。它足有18英尺長，比他的船還要大。它的喙長得象一根壘球棒，尖得象一把細長的利劍。它那大鐮刀似的尾巴入水中后，釣絲也飛快地滑下去。
老人和大魚一直相持到日落，雙方已搏斗了兩天一夜，老頭不禁回想起年輕時在卡薩蘭卡跟一個黑人比賽扳手的經歷。他倆把胳膊肘放在桌上劃粉筆線的地方，前臂直，兩手握緊，就這樣相持了一天一夜。八小時后每隔四個鐘頭就換一個裁判，讓他們輪流睡覺。他和黑人的手指甲里都流出血來。賭注給黑人的漁民喝了朗姆酒使出全身力氣，竟把他的手壓下去將近三英寸，但桑提亞哥又把手扳回原來的位置，并且在第二天天亮時奮力把黑人的手扳倒，從此他成了人們心目中的“冠軍”。
老人和大魚的持久戰又從黑夜延續到天明。大魚躍起十二次后開始繞著小船打轉。老人頭昏眼花，只見眼前黑點在晃動，但他仍緊緊拉著釣絲。當魚游到他身邊時，他放下釣絲踩在腳下，然后把魚叉高高舉起扎進魚身。大魚跳到半空，充分展示了它的美和力量，然后轟隆一聲落到水里，浪花濺滿老頭一身，也濺濕了整條小船。
魚仰身朝天，銀白色的肚皮翻上來，從它心臟流出來的血染紅了藍色的海水。老頭把大魚綁在船邊勝利返航。可是一個多小時后鯊魚嗅到了大魚的血腥味跟蹤而至搶吃魚肉。老頭見到第一條游來的鯊魚的藍色的脊背。他把魚叉準備好，干掉了第一只鯊魚。幾小時后又兩條鯊魚逼近船尾去咬大魚的尾巴，老頭用刀系在船槳上殺死了兩條來犯的鯊魚，但在隨后的搏斗中刀也折斷了，他又改用短棍。然而半夜里鯊魚成群結隊涌來時，他已無力對付他們了，但他堅持搏斗，甚至把船舵都打斷了，最后鯊魚還是吃光了老人兩天的辛勞，只剩下魚頭和魚尾……
船駛進小港老人回到窩棚，天亮后人們看見船旁碩大無比的白色魚脊骨，大家都驚嘆老人桑提亞哥。
第二天早上，孩子來看望老頭，見到他疲倦得熟睡不醒時不禁放聲大哭。老頭醒來后，孩子給他端一杯熱氣騰騰的咖啡。兩人相約過幾天一起去打魚，孩子說他還有很多東西要學。孩子離去后，老頭睡著了，他又夢見非洲的獅子……
這本書講了古巴的一個名叫桑地亞哥的老漁夫，獨自一個人出海打魚，在一無所獲的84天之后釣到了一條無比巨大的馬林魚。這是老人從來沒見過也沒聽說過的比他的船還長兩英尺的一條大魚。魚大勁也大，拖著小船漂流了整整兩天兩夜，老人在這兩天兩夜中經歷了從未經受的艱難考驗，終于把大魚刺死，拴在船頭。然而這時卻遇上了鯊魚，老人與鯊魚進行了殊死搏斗，結果大馬林魚被鯊魚吃光了，老人最后拖回家的只剩下一副光禿禿的魚骨架和一身的傷。
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