東勝神州傲來國有一花果山,山頂一石,產下一猴。石猴求師學藝,得名孫悟空,學會七十二般變化,一個筋斗去可行十萬八千里,自稱「美猴王」。他盜得定海神針,化作如意金箍棒,可大可小,重一萬三千五百斤。又去陰曹地府,把猴屬名字從生死簿上勾銷。玉帝欲遣兵捉拿,太白金星建議,把孫悟空召入上界,做弼馬溫。當猴王得知弼馬溫只是個管馬的小官後,便打出天門,返回花果山,自稱「齊天大聖」。玉帝派天兵天將捉拿孫悟空,美猴王連敗巨靈神、哪咤二將。孫悟空又被請上天管理蟠桃園。他偷吃了蟠桃,攪鬧了王母娘娘的蟠桃宴、盜食了太上老君的金丹,逃離天宮。玉帝又派天兵捉拿。孫悟空與二郎神賭法鬥戰,不分勝負。太上老君用暗器擊中孫悟空,猴王被擒。經刀砍斧剁,火燒雷擊,丹爐鍛鍊,孫悟空毫髮無傷。玉帝請來佛祖如來,才把孫悟空壓在五行山下。
如來派觀音菩薩去東土尋一取經人,來西天取經,勸化眾生。觀音點化陳玄奘去西天求取真經。唐太宗認玄奘做御弟,賜號三藏。唐三藏西行,在五行山,救出孫悟空。孫悟空被帶上觀世音的緊箍,唐僧一念緊箍咒,悟空就頭疼難忍。師徒二人西行,在鷹愁澗收伏白龍,白龍化作唐僧的坐騎。在高老莊,收伏豬悟能八戒,豬八戒做了唐僧的第二個徒弟;在流沙河,又收伏了沙悟淨,沙和尚成了唐僧的第三個徒弟。師徒四人跋山涉水,西去求經。
觀音菩薩欲試唐僧師徒道心,和黎山老母、普賢,文殊化成美女,招四人為婿,唐僧等三人不為所動,只有八戒迷戀女色,被菩薩吊在樹上。在萬壽山五莊觀,孫悟空等偷吃人參果,推倒仙樹。為了賠償,孫悟空請來觀音,用甘露救活了仙樹。白骨精三次變化,欲取唐僧,都被悟空識破。唐僧不辨真偽,又聽信八戒讒言,逐走悟空,自己卻被黃袍怪拿住。八戒、沙僧鬥不過黃袍怪,沙僧被擒,唐僧被變成老虎。八戒在白龍馬的苦勸下,到花果山請轉孫悟空,降伏妖魔,師徒四人繼續西行。烏雞國國王被獅精推人井內淹死,獅精變作國王。國王鬼魂求告唐僧搭救,八戒從井中背出屍身,悟空又從太上老君處要來金丹,救活國王。牛魔王的兒子紅孩兒據守火雲洞,欲食唐僧肉。悟空抵不住紅孩兒的三昧真火,請來菩薩降妖。菩薩降伏紅孩兒,讓他做了善財童子。西梁女國國王欲招唐僧做夫婿,悟空等智賺關文,堅意西行,唐僧卻被毒敵山琵琶洞蠍子精攝去。悟空請來昴日星官,()昴日星官化作雙冠子大公雞,才使妖怪現了原形。不久,唐僧因悟空又打死攔路強盜,再次把他攆走。六耳獼猴精趁機變作悟空模樣,搶走行李關文,又把小妖變作唐僧、八戒、沙僧模樣,欲上西天騙取真經。真假二悟空從天上殺到地下,菩薩、玉帝、地藏王等均不能辨認真假,直到雷音寺如來佛處,才被佛祖說出本相,獼猴精被悟空打死。
師徒四人和好如初,同心協力,趕奔西天。在火焰山欲求鐵扇公主芭蕉扇扇滅火焰。鐵扇公主惱恨悟空把她的孩子紅孩兒送往洛伽山做童子,不肯借。悟空與鐵扇公主、牛魔王幾次鬥智鬥法,借天兵神力,降伏三怪,撲滅了大火。比丘國王受白鹿變化的國丈迷惑,欲用一千一百一十一個小兒的心肝做藥引,悟空解救了嬰兒,打退妖邪。壽星趕來把白鹿收回。滅法國王發願殺一萬僧人,孫悟空施法術,把國王后妃及文武大臣頭髮盡行剃去,使國王回心向善,改滅法國為欽法國。在天竺本國,唐僧被月宮五兔變化的假公主拋彩球打中,欲招為駙馬,悟空識破真相,會合太陰星君擒伏了玉兔,救回流落城外弧布寺的真公主。
師徒四人歷盡千辛萬苦終於來到靈山聖地,拜見佛祖,卻因不曾送人事給阿儺、伽葉二尊者,只取得無字經。唐僧師徒又返回雷音寺,奉送唐王所贈紫金缽做人事,才求得真經,返回本土。不想九九八十一難還缺一難未滿,在通天河又被老黿把四人翻落河中,濕了經卷,至今《佛本行經》不全。
唐三藏等把佛經送還大唐首都長安,真身又返回靈山。三藏被封為旃檀功德佛,悟空被封為鬥戰勝佛,八戒受封淨壇使者,沙僧受封金身羅漢,白龍馬加升為八部天龍,各歸本位,共享極樂。