Todos os anos, na cidade de São Petersburgo, era organizada uma festa onde todos os seus moradores iam se divertir com os dançarinos, acrobatas, mágicos, bichos amestrados e vendedores ambulantes. Havia chegado o grande dia e de repente, no meio da multidão, ouviu-se um toque de tambor avisando que um show ia começar. Foi montado um pequeno teatro e um estranho apresentador, vestido como se fosse um mágico ou um bruxo, chama as pessoas para assistirem a um espetáculo de fantoches. Seus bonecos eram tão perfeitos que podiam ser confundidos com gente de verdade e encantavam os espectadores que se admiravam com os três principais: um formoso Mouro, uma linda bailarina e Petrouchka, um tipo triste e mal-vestido. O mágico inicia a ação, tocando três notas muito agudas numa flauta e, imediatamente, os bonecos começam a dançar como se tivessem ganhado vida com a presença da música. Todo mundo aplaudiu o belo espetáculo, fascinados com a beleza do Mouro, o Petrouchka sem graça e a Bailarina por quem os dois estão apaixonados. Parecia claro que o Mouro era o preferido, mas era Petrouchka quem mais a amava e que parecia mais humano ao mostrar seus sentimentos. Vendo que seu rival estava ganhando o amor da boneca, Petrouchka começa com ele uma briga, que atrapalha o show, obrigando o mágico a separá-los e prendê-lo em sua caixa. Ali dentro, parado, ele começa a pensar que, depois de ter ganhado vida pela magia do seu dono, podia sentir, sofrer, ser feliz de verdade e não ser somente um pedaço de madeira. Percebeu, então, que ninguém lhe dava atenção: o mágico, só queria os lucros do seu trabalho, o Mouro era vaidoso e o desprezava e, mesmo a Bailarina, não se importava com mais nada a não ser a sua própria beleza. Com isso, Petrouchka fica muito triste, sentindo-se feio e desajeitado. Estava deitado, pensando, quando a tampa da caixa se abre e a Bailarina aparece, deixando-o tonto e feliz a ponto de declarar o seu amor. Ele dança para ela, faz acrobacias, movimentos engraçados, mas ela nem liga e vai embora apenas rindo dele, deixando-o mais triste e zangado do que antes.
Enquanto isso, na caixa ao lado luxuosamente decorada, o Mouro está deitado sobre almofadas, brincando com um coco, tentando parti-lo. A Bailarina olha-o pela porta e, sentindo-se bem-vinda, entra, dança para ele e chama-o para dançar com ela.
Do lado de fora, Petrouchka escuta a alegria dos dois e, sem saber o que fazer, cheio de ciúmes, entra na caixa do Mouro e os vê dançando muito juntos, muito felizes. Furioso, se atira sobre o Mouro, lutando ferozmente com ele, e a Bailarina, sem dar a menor atenção a nenhum dos dois, foge para longe dali. Sentindo a força de Petrouchka e vendo-se mais fraco, o Mouro apanha sua espada e com ela empurra o inimigo para a frente do teatro, até jogá-lo na rua.
A feira ainda estava movimentada, quando a multidão escuta um estranho barulho vindo do teatro do mágico; correm todos para lá e ainda conseguem, apavorados, ver a briga dos bonecos e o Mouro matar Petrouchka com um golpe de espada. Todos se reúnem em volta do seu corpo sem vila, que é agora, apenas um monte de madeira quebrada. O barulho da feira se transformou num grande silêncio e alguém chama o apresentador para que ele veja o resultado de sua mágica, culpando-o pela tragédia. Ele se defende dizendo que são apenas bonecos de madeira, sem vida, mas os assistentes ficam confusos, olhando para o chão, tristes pelo destino do pobre Petrouchka quebrado, que não era de carne e osso como parecia ser. Aos poucos as pessoas vão se afastando e o Mágico, sozinho, sem nenhuma pena ou carinho pelo seu boneco, começa a recolher o que havia sobrado dele para jogar fora. De repente, porém, parou assustado ao ouvir um grito e, quando olhou para cima viu em cima do telhado do teatro, iluminado por uma luz clara e fria, o fantasma de Petrouchka apontando para ele, culpando-o pelo que aconteceu. A vida que recebeu do Mágico havia sido destruída, mas seu espírito estava vivo e o perseguiria para sempre.