신라 경덕왕 때, 초파일을 앞두고 절들은 석가 탄일 준비가 한창이지만 큰절인 불국사는 오히려 조용하다. 불국사에서는 부여의 석수 아사달이 석가탑을 만드는 중이라 사람들의 방문을 받을 수 없기 때문이다. 중들은 부여 출신의 석수가 탑을 만드는 것이 못마땅해 탑의 완공이 계속 늦어지는 것을 아사달의 게으름 때문이라고 비난한다.
초파일을 앞두고 불국사에 방문한 주만(구슬 아기)은 절과 다보탑의 아름다운 광경에 감탄하고 왕의 부름에 나타난 아사달에게 한눈에 반한다. 고향과 아내를 그리워하며 탑을 돌던 아사달은 주만을 보고 순간 자신의 아내 아사녀로 착각한다.

아사달은 먹는 것도 자는 것도 잊고 탑을 조각하다 쓰러진다. 불공을 드린다는 핑계로 절에 왔던 주만은 아사달을 발견하고 간호한다. 아사달을 위한 음식을 챙기려고 집에 돌아온 주만은 금성이 자기 집 담을 넘으려는 것을 보고 호통을 친 뒤 결코 당신과 결혼하지 않을 것이라고 선언한다. 이후 금성의 아버지 금지가 주만의 아버지 유종을 찾아가 혼담을 꺼내지만, 유종은 거절한다. 금지가 돌아간 뒤 유종은 사윗감으로 김량상의 아우 경신을 떠올린다. 유종은 경신의 지체나 인품, 민족관이 훌륭하다고 생각해 딸과의 결혼을 추진한다.

경신과 주만의 혼담은 순조롭게 진행되고, 주만은 아사달이 탑만 완성하면 부여로 돌아가게 된다는 것을 듣고 초조해 아사달에게 자신의 마음을 고백하지만 아사달은 아내가 있다며 주만의 마음을 거절한다. 거절당한 뒤에도 주만은 아사달 곁에 있을 수만 있게 제자로라도 삼아 달라며 포기하지 않는다.

한편, 부여에서는 아사달의 스승이자 아사녀의 아버지인 부석이 병환이 깊어져 결국 눈을 감는다. 장례가 끝난 뒤 부석의 제자들은 하나같이 아사녀를 탐낸다. 이런 와중에 제자 중 작지가 아사녀를 겁탈하려는 사건이 일어나고 팽개와 싹불이 아사녀를 구해 준다. 이후 오랫동안 아사녀를 얻기 위해 수작을 부리던 팽개는 싹불과 함께 아사녀를 도와준다는 명분으로 아사녀의 집에 들어와 살고, 아사달의 마음이 변했다는 소문을 만들어 아사녀에게 흘린다. 아사녀는 아사달이 소식 없이 돌아오지 않고, 자신을 돌봐 주던 팽개마저 자신을 탐하자 죽으려 한다. 그러나 죽기 전 한 번이라도 아사달을 보고자 먼 길을 걸어 서라벌로 향한다.

마침내 아사녀는 불국사 앞에 겨우 도착하지만 문지기가 거지꼴이 된 아사녀를 쫓아낸다. 문지기는 아사녀에게 탑이 완공되면 십리 밖에 있는 못에 그림자가 비칠 것이라고 거짓말을 한다. 아사녀는 그 말만 믿고 그림자 못으로 갔다가 그곳에서 노파 콩콩이를 만난다. 콩콩이는 서라벌에서 유명한 뚜쟁이로, 아사녀를 높은 대감에게 팔아먹을 꿍꿍이를 갖고 있다.

주만은 하인에게 경신이 아사달을 구해 준 일을 듣는다. 주만은 경신에게 자신의 사정을 털어놓으며 파혼을 청한다. 경신은 주만의 기상과 용모에 남다른 정을 느꼈기에 안타깝지만 주만의 청을 들어주며, 아사달과 조용히 달아날 것을 권유한다.

한편, 콩콩이는 아사녀를 넘기려 돈 많은 대감을 집에 데려온다. 아사녀는 일이 잘못되었다는 것을 깨닫고 아사달을 만나러 불국사로 도망치는 길에 주만을 본다. 주만의 높은 신분과 아름다운 용모를 보고 아사달의 소문 속 여자임을 짐작한 아사녀는 머뭇거리다 그만 콩콩이에게 붙잡힌다. 주만이 불국사에 들어가고, 아사달이 드디어 석가탑이 완성되었다고 말하는 그 순간, 콩콩이에게 끌려 돌아가던 아사녀는 그림자 못에 몸을 던진다. 콩콩이는 아사녀가 죽자 아사달에게 찾아가 아사녀에게 든 돈을 요구한다. 아사달은 그림자 못에서 아사녀의 환영을 보고, 그 얼굴을 돌에 밤낮없이 새기기 시작한다. 주만은 함께 떠나기로 한 아사달이 소식이 없자 걱정하다가 그림자 못으로 찾아간다. 그러나 아사달은 주만을 보지도 못한 채 돌만 새기고, 그 사이에 하인들이 주만을 잡는다. 주만은 아사달에게 자신의 얼굴을 돌 위에 새겨 달라는 말을 남기고 잡혀간다. 유종은 국법을 바로 세우기 위해 신분 질서를 어지럽힌 딸에게 화형을 내린다. 경신은 주만의 화형 직전에 달려와 주만을 구해 함께 사라진다. 그 사이에 아사달은 돌에 아사녀의 얼굴과 주만의 얼굴을 새기는데, 다시 그 얼굴은 부처님의 얼굴로 변한다. 조각을 마친 아사달은 그림자 못에 투신한다.