Malá morská víla žije v podmorskom kráľovstve so svojím ovdovelým otcom, starou mamou a piatimi staršími sestrami. Keď morská víla dovŕši pätnásť rokov, smie po prvý raz vyplávať na hladinu, aby sa pozrela na svet nad hladinou, a keď sestry dostatočne vyrastú, každá z nich navštívi horný svet. Keď sa každá z nich vráti, Malá morská víla túžobne počúva ich rôzne opisy sveta obývaného ľuďmi.

Keď príde rad na Malú morskú vílu, vystúpi na povrch, sleduje oslavu narodenín, ktorá sa koná na lodi na počesť pekného princa, a z bezpečnej vzdialenosti sa doňho zamiluje. Potom sa strhne silná búrka, ktorá potopí loď a Malá morská víla zachráni princa pred utopením. Kým je stále v bezvedomí, dopraví ho na breh. Tu Malá morská víla čaká, kým ho mladá žena a jej dvorné dámy nenájdu. Je rozčarovaná, keď princ Malú morskú vílu neuvidí a ani si neuvedomí, že to bola ona, kto mu pôvodne zachránil život.

Malá morská víla začne byť melancholická a spýta sa svojej babičky, či ľudia môžu žiť večne. Babička jej vysvetlí, že ľudia majú oveľa kratší život ako morská panna, 300 rokov, ale že majú večnú dušu, ktorá žije v nebi, zatiaľ čo morské panny sa po smrti premenia na morskú penu a prestanú existovať. Malá morská víla, ktorá túži po princovi a večnej duši, navštívi morskú čarodejnicu, ktorá žije v nebezpečnej časti oceánu. Čarodejnica jej ochotne pomôže tým, že jej dá elixír, vďaka ktorému získa nohy výmenou za jej krásny hlas, pretože Malá morská víla má ten najčarovnejší hlas na celom svete. Čarodejnica varuje Malú morskú vílu, že keď sa raz stane človekom, už sa nikdy nebude môcť vrátiť do mora. Po požití elixíru sa bude cítiť, akoby jej telom prechádzal meč, no keď sa zotaví, bude mať dve ľudské nohy a bude môcť tancovať tak, ako ešte žiadny človek nikdy netancoval. Neustále však bude mať pocit, že chodí po ostrých nožoch. Okrem toho získa dušu len vtedy, ak si získa lásku princa a vydá sa zaňho, lebo vtedy do nej vtečie časť jeho duše. V opačnom prípade na úsvite prvého dňa po tom, čo sa ožení s niekým iným, Malá morská víla zomrie so zlomeným srdcom a rozplynie sa v morskej pene na vlnách.

Keď Malá morská víla súhlasí s dohodou, vypláva na hladinu neďaleko princovho zámku a vypije elixír. Tekutina akoby jej prebodla telo mečom a nahá odpadne na brehu. Nájde ju princ, ktorý je očarený jej krásou a pôvabom, hoci je nemá. Zo všetkého najradšej ju vidí tancovať a ona preňho tancuje napriek tomu, že pri každom kroku trpí neznesiteľnou bolesťou. Čoskoro sa Malá morská víla stane princovou obľúbenou spoločníčkou a sprevádza ho na mnohých výletoch, ale on sa do nej nezamiluje. Keď princovi rodičia nabádajú svojho syna, aby sa oženil s princeznou zo susedného kráľovsstva v dohodnutom manželstve, princ Malej morskej víle povie, že to neurobí, pretože princeznú nemiluje. Ďalej hovorí, že môže milovať len mladú ženu, ktorá ho podľa neho zachránila. Ukáže sa, že princezná zo susedného kráľovstva bola práve tou ženou. Princ jej vyzná lásku a hneď je vyhlásená kráľovská svadba.

Princ a princezná oslavujú svoje nové manželstvo na svadobnej lodi a Malej morskej víle pukne srdce. Myslí na všetko, čo obetovala, a na všetku bolesť, ktorú pre princa pretrpela. Je zúfalá a myslí na smrť, ktorá ju čaká, ale pred svitaním sa z vody vynoria jej sestry a prinesú jej dýku, ktorú im dala morská čarodejnica výmenou za ich dlhé, krásne vlasy. Ak Malá morská víla zabije princa a nechá si jeho krv kvapkať na nohy, stane sa opäť morskou vílou, všetko jej utrpenie sa skončí a ona dožije plnohodnotný život v oceáne so svojou rodinou. Malá morská víla sa však nedokáže prinútiť, aby zabila spiaceho princa ležiaceho so svojou novou ženou, a tak hodí dýku aj seba z lode do vody práve vtedy, keď svitá. Jej telo sa rozpustí na penu, ale namiesto toho, aby prestala existovať, pocíti teplé slnko a zistí, že sa zmenila na svetelného a éterického ducha, ktorý sa viaže na zem, na dcéru vzduchu. Keď Malá morská víla vystúpi do atmosféry, privítajú ju ostatné dcéry, ktoré jej povedia, že sa stala takou ako ony, pretože sa z celého srdca usilovala získať nesmrteľnú dušu. Vďaka svojej nesebeckej obetavosti dostane šancu zaslúžiť si vlastnú dušu tým, že bude 300 rokov konať dobré skutky pre ľudstvo a jedného dňa vystúpi do neba.