Konstantin, el hijo de Arkadina (una famosa actriz), ha escrito una obra de teatro. Se va a representar fuera, en la finca de su tío Sorin, protagonizada por la mujer de la que Konstantin está enamorado, Nina. A la espera de que comience la obra de Konstantin, Medvedenko, el profesor de la escuela local, le pregunta a Masha, de la que está enamorado, por qué va siempre de negro. Masha, enamorada de Konstantin, está de luto por su vida. Entran Sorin y Konstantin, que hablan del aburrimiento del campo, y Konstantin expone su anhelo de «nuevas formas» en el teatro. Ha hecho que Yakov y los obreros le construyan un teatro improvisado en el jardín, y Konstantin está encantado con él. Sorin y Konstantin hablan de la madre de Konstantin, Arkadina, y Konstantin opina que su madre y él representan tradiciones teatrales totalmente diferentes, y le dice a Sorin que anhela convertirse en un escritor famoso.
Sorin cambia de tema y pregunta por el nuevo hombre de Arkadina, Trigorin, al que Konstantin parece indiferente. Trigorin es un escritor famoso. Nina llega y pregunta a Konstantin por Trigorin. Konstantin le profesa su amor y ella no le corresponde directamente. Nina le dice a Konstantin que su obra se parece más a un recital que a una obra de teatro: no tiene personajes vivos ni acción.
Todos los personajes se reúnen para ver la obra, y, después de que Arkadina y Konstantin citen unas líneas de Hamlet, la obra comienza. Nina se sienta en una piedra, vestida de blanco, y da un monólogo sobre un apocalipsis en el que todas las almas del mundo se funden en una sola. Arkadina interrumpe la obra con comentarios cómicos hasta que Konstantin pierde los nervios, baja el telón y se marcha. Cuando Sorin regaña a Arkadina por ser insensible, ella también se enfada porque Konstantin ha tratado de darle «una lección de objeto» en actuación y escritura.
Arkadina comienza a recordar los años pasados, cuando Dorn, el médico local, era el «protagonista» romántico de la orilla del lago. Masha se va a buscar a Konstantin, y Dorn hace que Yakov, un obrero, levante la cortina. Trigorin le dice a Nina, cuando aparece, que no ha entendido la obra, y Nina sale para ir a casa. Dorn, que se queda solo, dice que la obra le ha gustado, y se lo dice a Konstantin cuando vuelve a aparecer, conmoviéndolo profundamente. La escritura tiene que tener objetivos claros, dice Dorn. Entonces aparece Masha al salir Konstantin y le confiesa a Dorn su amor por Konstantin al caer el telón.
El telón del segundo acto se levanta sobre una discusión, dirigida por Arkadina, sobre si Arkadina o Masha parece más joven. El veredicto, asegura Arkadina, es a su favor. Nina entra con Sorin, ya que sus padres se han marchado unos días y, por tanto, es libre de hacer lo que quiera. Una discusión entre Shamrayev, el administrador de la finca de Sorin y padre de Masha, y Arkadina sobre los caballos de los carruajes hace que Arkadina se marche enfadada tras anunciar que se irá inmediatamente a la ciudad.
Sorin se marcha para persuadir a Arkadina de que se quede, y Polina, la esposa de Shamrayev, hace insinuaciones románticas a Dorn. Ella se enfurece cuando él las ignora. Mientras Dorn y Polina se marchan, Nina, que se queda sola en el escenario, reflexiona sobre la extrañeza de los personajes famosos: Trigorin y Arkadina. Konstantin entra y le regala a Nina una gaviota que ha disparado y que pone a sus pies. Ella no entiende su simbolismo. Entra Trigorin, que está tomando notas para una historia sobre Masha, y se entabla una conversación entre Nina y Trigorin sobre las dificultades de escribir y ser creativo. Trigorin describe la escritura como una obsesión más o menos sin placer: y Trigorin sabe que no está en la liga de Turgueniev o Tolstoi.
Cuando ve la gaviota de Konstantin, a Trigorin se le ocurre una idea para una historia sobre un hombre que viene y destruye con toda tranquilidad a una joven. Entonces, a través de una ventana, aparece Arkadina para anunciar a Trigorin que se quedan.
El tercer acto comienza con Masha contándole a Trigorin la historia de su vida, claramente con la esperanza de que algún día la convierta en ficción. Se ha dado a la bebida y ha resuelto casarse con Medvedenko, a pesar de que sigue enamorada de Konstantin. Descubrimos que Konstantin ha intentado pegarse un tiro desde el segundo acto.
Nina regala a Trigorin un medallón en el que ha hecho grabar sus iniciales y el título de su libro. Después de que ella haya salido, Trigorin lee el medallón y descubre una inscripción: «Días y noches, página 121, líneas 11 y 12». Rápidamente sale a buscar un ejemplar de su libro para descubrir a qué línea se refiere Nina. Mientras tanto, Arkadina y Sorin tienen una discusión sobre Konstantin, y Sorin le pide a Arkadina que le dé dinero a Konstantin. Ella se niega. Tras la salida de Sorin, entra Konstantin y le pide a Arkadina que le dé dinero a Sorin. Ella se niega. Arkadina venda entonces la cabeza de Konstantin y recuerdan juntos la infancia de éste. Su discusión se convierte rápidamente en una discusión que deja a Konstantin llorando. Arkadina le promete a Konstantin que, mientras se lleva a Trigorin, Nina volverá con él y volverá a ser feliz. Konstantin sale.
Trigorin entra. Ha descubierto, aunque no se lo revela a Arkadina, la frase a la que se refería Nina: «Si alguna vez necesitas mi vida, ven y tómala». A continuación, Trigorin y Arkadina mantienen una conversación en la que ella le convence de que se quede con ella sólo con halagos. Encantado de haber persuadido a Trigorin, el grupo de Arkadina parte hacia la ciudad, aunque, en el último momento, Trigorin entra a buscar su bastón. Nina se reúne con él, los dos acuerdan encontrarse en un hotel de Moscú y comparten un beso mientras cae el telón.
Dos años han pasado cuando se abre el cuarto acto. La escena se desarrolla en una habitación de la casa de Sorin que se ha convertido en el estudio de Konstantin. Konstantin ha sido publicado como escritor, y ahora es bastante conocido. Medvedenko y Masha se han casado y Medvedenko se va a casa a cuidar de su bebé. Masha sigue, penosamente, cerca de Konstantin, y su madre prepara una cama en la habitación para Sorin, que se ha puesto enfermo. Nos enteramos de que Nina tuvo un bebé que murió, se convirtió en una actriz mediocre y actualmente está de vuelta en el pueblo, repudiada por sus padres. Konstantin es ahora un escritor publicado y, al entrar Arkadina y Trigorin, este último trae una revista con un artículo de Konstantin. Se coloca una mesa de juego en el centro de la habitación y, mientras todos se disponen a jugar a la lotería, Konstantin sale.
Mientras está fuera, escuchamos diversas opiniones sobre sus escritos: Shamrayev señala que recibe malas críticas, Trigorin dice que aún no ha encontrado su propia voz, Dorn dice que le gustan sus historias y Arkadina revela que nunca ha leído ninguna de ellas. Konstantin se queda solo en la habitación mientras todos se van a cenar, y suelta un soliloquio sobre su anhelo de nuevas formas. Nina llama a la ventana y entra, y ella y Konstantin mantienen una frenética conversación, en la que ella afirma ser «la gaviota» antes de salir. Konstantin rompe sus manuscritos y sale. Cuando todos vuelven a entrar, Shamrayev descubre la gaviota disecada a la que Konstantin disparó en el segundo acto. Se oye un estruendo fuera del escenario y Dorn sale a investigar para decirles a todos que ha estallado una botella de éter. Al volver, se lleva a Trigorin a un lado y le dice que saque a Arkadina de la habitación: Konstantin se ha pegado un tiro.