Konstantin, de zoon van Arkadina (een beroemde actrice), heeft een toneelstuk geschreven. Het moet buiten worden opgevoerd, op het landgoed van zijn oom Sorin, met in de hoofdrol de vrouw op wie Konstantin verliefd is, Nina. In afwachting van het begin van Konstantins stuk vraagt Medvedenko, de plaatselijke onderwijzer, aan Masha, op wie hij verliefd is, waarom zij altijd zwart draagt. Masha, verliefd op Konstantin, rouwt om haar leven. Sorin en Konstantin komen binnen, praten over de verveling van het land, en Konstantin vertelt over zijn verlangen naar “nieuwe vormen” in het theater. Hij heeft Jakov en de werklui een provisorisch theater laten bouwen in de tuin, en Konstantin is er erg blij mee. Sorin en Konstantin praten over Konstantins moeder, Arkadina, en Konstantin meent dat zijn moeder en hij voor geheel verschillende theatertradities staan, en vertelt Sorin dat hij ernaar verlangt een beroemd schrijver te worden.
Sorin verandert van onderwerp en vraagt naar Arkadina’s nieuwe man, Trigorin, voor wie Konstantin onverschillig lijkt. Trigorin is een beroemd schrijver. Nina komt, vraagt Konstantin naar Trigorin. Konstantin verklaart haar zijn liefde, maar zij antwoordt niet direct. Nina zegt tegen Konstantin dat zijn stuk meer op een voordracht lijkt dan op een toneelstuk – het heeft geen levende personages of actie.
Alle personages komen bijeen om het stuk te bekijken, en nadat Arkadina en Konstantin een paar regels uit Hamlet hebben geciteerd, begint het stuk. Nina zit op een steen, gekleed in het wit, en houdt een monoloog over een apocalyps waarin alle zielen van de wereld worden samengevoegd tot één. Arkadina onderbreekt het stuk met komische opmerkingen totdat Konstantin zijn geduld verliest, het doek naar beneden haalt en wegstormt. Wanneer Sorin Arkadina uitscheldt voor haar ongevoeligheid, wordt ook zij kwaad omdat Konstantin haar “een object-les” in acteren en schrijven heeft proberen te geven.
Arkadina haalt herinneringen op aan vroeger, toen Dorn, de plaatselijke arts, de romantische “leading man” van de oever van het meer was. Masha gaat Konstantin zoeken, en Dorn laat Jakov, een werkman, het gordijn optillen. Trigorin zegt tegen Nina, wanneer zij verschijnt, dat hij het stuk niet begrepen heeft, en Nina gaat weg om naar huis te gaan. Dorn, die alleen achterblijft, zegt dat hij het stuk mooi vond, en hij vertelt het aan Konstantin wanneer hij weer verschijnt, wat hem diep ontroert. Schrijven moet duidelijke doelen hebben, zegt Dorn. Masha verschijnt dan als Konstantin weggaat en biecht Dorn haar liefde voor Konstantin op als het doek valt.
Het doek van het tweede bedrijf gaat op voor een discussie, geleid door Arkadina, over de vraag of Arkadina of Masha er jonger uitziet. Het oordeel, verzekert Arkadina, is in haar eigen voordeel. Nina komt binnen met Sorin, want haar ouders zijn een paar dagen weg en dus is ze vrij om te doen wat ze wil. Een ruzie tussen Sjamrayev, de beheerder van Sorins landgoed en Masha’s vader, en Arkadina over koetspaarden leidt ertoe dat Arkadina naar buiten stormt, nadat ze heeft aangekondigd dat ze onmiddellijk naar de stad zal vertrekken.
Sorin gaat Arkadina overhalen om te blijven, en Polina, Sjamrayevs vrouw maakt romantische avances naar Dorn. Ze is woedend als hij ze negeert. Als Dorn en Polina het toneel verlaten, mijmert Nina, alleen achtergebleven op het toneel, over de vreemdheid van beroemde mensen – Trigorin en Arkadina. Konstantin komt binnen en toont Nina een geschoten zeemeeuw, die hij aan haar voeten legt. Zij begrijpt de symboliek er niet van. Trigorin komt binnen, aantekeningen makend voor een verhaal over Masja, en er ontstaat een gesprek tussen Nina en Trigorin over de moeilijkheden van het schrijven en creatief zijn. Trigorin beschrijft schrijven als een min of meer plezierloze obsessie: en Trigorin weet dat hij niet op één lijn staat met Toergenjev of Tolstoj.
Bij het zien van Konstantins meeuw krijgt Trigorin een idee voor een verhaal over een man die een jong meisje komt verwoesten. Dan, door een raam, verschijnt Arkadina om Trigorin aan te kondigen dat ze blijven.
Act 3 begint met Masha die Trigorin haar levensverhaal vertelt, duidelijk in de hoop dat hij er ooit fictie van zal maken. Zij is aan de drank geraakt en heeft besloten met Medvedenko te trouwen, ondanks het feit dat zij nog steeds verliefd is op Konstantin. We ontdekken dat Konstantin sinds de 2e akte heeft geprobeerd zichzelf neer te schieten.
Nina overhandigt Trigorin een medaillon waarin zij zijn initialen, en de titel van zijn boek, heeft laten graveren. Nadat zij is vertrokken, leest Trigorin het medaillon en ontdekt een inscriptie: “Dagen en nachten, pagina 121, regel 11 en 12”. Hij gaat snel op zoek naar een exemplaar van zijn boek om te ontdekken naar welke regel Nina verwijst. Ondertussen hebben Arkadina en Sorin een discussie over Konstantin, en Sorin vraagt Arkadina om Konstantin wat geld te geven. Zij weigert. Nadat Sorin weg is, komt Konstantin binnen en vraagt Arkadina om Sorin wat geld te geven. Zij weigert. Arkadina zwachtelt Konstantin’s hoofd en ze denken samen terug aan Konstantin’s jeugd. Hun gesprek loopt snel uit op een ruzie waarbij Konstantin in tranen uitbarst. Arkadina belooft Konstantin dat, nu zij Trigorin wegbrengt, Nina naar hem zal terugkeren en hij weer gelukkig zal zijn. Konstantin gaat weg.
Trigorin komt binnen. Hij heeft, hoewel hij het Arkadina niet vertelt, de zin ontdekt waar Nina naar verwees – “Als je ooit mijn leven nodig hebt, kom dan en neem het”. Trigorin en Arkadina hebben vervolgens een gesprek, waarin zij hem alleen door vleierij overhaalt bij haar te blijven. Dolgelukkig dat zij Trigorin overgehaald heeft, vertrekt Arkadina’s gezelschap naar de stad, maar op het laatste ogenblik komt Trigorin binnen om zijn stok te zoeken. Nina ontmoet hem, de twee spreken af elkaar te ontmoeten in een hotel in Moskou, en ze kussen elkaar bij het vallen van het doek.
Twee jaar zijn verstreken tegen de tijd dat Acte 4 begint. De scène speelt zich af in een kamer in het huis van Sorin die Konstantin’s studeerkamer is geworden. Konstantin is nu gepubliceerd als schrijver, en is nu vrij bekend. Medvedenko en Masja zijn nu getrouwd, en Medvedenko gaat naar huis om voor hun baby te zorgen. Masha hangt nog steeds, met pijn in het hart, rond Konstantin, en haar moeder maakt een bed op in de kamer voor Sorin die ziek is geworden. We vernemen dat Nina een baby heeft gekregen die gestorven is, een middelmatige actrice is geworden en nu terug in de stad is, verstoten door haar ouders. Konstantin is nu een gepubliceerd schrijver, en wanneer Arkadina en Trigorin binnenkomen, brengt Trigorin een tijdschrift mee met een artikel van Konstantin erin. In het midden van de kamer wordt een kaarttafel neergezet, en als iedereen zich installeert om lotto te spelen, gaat Konstantin weg.
Terwijl hij weg is, horen we verschillende meningen over zijn schrijverschap – Sjamrayev merkt op dat hij slechte kritieken krijgt, Trigorin zegt dat hij zijn eigen stem nog niet heeft gevonden, Dorn zegt dat hij zijn verhalen goed vindt, en Arkadina onthult dat ze er nog nooit een heeft gelezen. Konstantin blijft alleen achter in de kamer als iedereen gaat eten, en houdt een soliloquy over zijn verlangen naar nieuwe vormen. Nina klopt op het raam en komt binnen, en zij en Konstantin hebben een verwoed gesprek, waarin zij beweert “de zeemeeuw” te zijn, voordat zij weggaat. Konstantin verscheurt zijn manuscripten en gaat weg. Als iedereen weer binnenkomt, onthult Sjamrayev de opgezette zeemeeuw die Konstantin in de tweede akte had neergeschoten. Buiten het toneel klinkt een knal, en Dorn, die iedereen vertelt dat een fles ether is gebarsten, gaat op onderzoek uit. Als hij weer binnenkomt, neemt hij Trigorin mee naar een kant en zegt hem Arkadina uit de kamer te halen – Konstantin heeft zichzelf neergeschoten.