La obra está ambientada en Troezen, una ciudad costera del noreste del Peloponeso. Teseo, rey de Atenas, cumple un año de exilio voluntario tras haber asesinado a un rey local y a sus hijos. Su hijo ilegítimo es Hipólito, cuyo nacimiento es el resultado de la violación de Teseo a la amazona Hipólita. Hipólito ha sido entrenado desde la infancia por el rey de Troezen, Piteo.
Al comienzo de la obra Afrodita, diosa del amor, explica que Hipólito ha jurado castidad y se niega a venerarla. En cambio, honra a la diosa de la caza, Artemisa. Esto la ha llevado a iniciar un plan de venganza contra Hipólito. Cuando Hipólito fue a Atenas dos años antes, Afrodita inspiró a Fedra, la madrastra de Hipólito, a enamorarse de él.
Hipólito aparece con sus seguidores y muestra reverencia a una estatua de Artemisa, una diosa casta. Un criado le advierte de que debe despreciar a Afrodita, pero Hipólito se niega a escuchar.
El coro, formado por jóvenes casadas de Troezen, entra y describe cómo la esposa de Teseo, Fedra, lleva tres días sin comer ni dormir. Fedra, enferma, aparece con su enfermera. Tras una agónica discusión, Fedra confiesa finalmente el motivo de su enfermedad: ama a Hipólito. La enfermera y el coro se sorprenden. Fedra explica que debe morirse de hambre y morir con su honor intacto y para salvar a Teseo de la vergüenza. Sin embargo, la enfermera se retracta rápidamente de su respuesta inicial y le dice a Fedra que tiene un amuleto mágico para curarla. Sin embargo, en un aparte revela otros planes.
La enfermera, tras hacer jurar a Hipólito que no se lo diría a nadie, informa a Hipólito del deseo de Fedra y le sugiere que considere ceder ante ella. Éste reacciona con una diatriba furiosa y amenaza con contarle todo a su padre, Teseo, en cuanto llegue. Fedra se da cuenta de que el desastre ha caído. Después de hacer que el coro jure guardar el secreto, entra y se ahorca.
Teseo regresa y descubre el cadáver de su esposa. Como el coro ha jurado guardar el secreto, no puede decirle a Teseo por qué se ha suicidado. Teseo descubre una carta en el cuerpo de Fedra, que afirma falsamente que fue violada por Hipólito. Enfurecido, Teseo maldice a su hijo con la muerte o al menos con el exilio. Para ejecutar la maldición, Teseo llama a su padre, el dios Poseidón, que ha prometido conceder a su hijo tres deseos. Hipólito entra y protesta por su inocencia, pero no puede decir la verdad debido al juramento vinculante que ha hecho. Tomando la carta de su esposa como prueba, Hipólito defiende con orgullo su inocencia, diciendo que nunca ha mirado a ninguna mujer con deseo sexual. Teseo no cree a su hijo y sigue exiliándolo. Mientras Hipólito se marcha jura que si miente entonces Zeus debería fulminarlo en el acto.
El coro canta un lamento por Hipólito.
Entra un mensajero y describe a Teseo una escena espantosa; cuando Hipólito subía a su carro para abandonar el reino, un toro rugió desde el mar, asustando a sus caballos, que estrellaron su carro entre las rocas, arrastrando a Hipólito detrás. Hipólito parece morir. El mensajero protesta por la inocencia de Hipólito, pero Teseo se niega a creerle.
Teseo se alegra de que Hipólito esté sufriendo y a punto de morir. Pero entonces aparece la diosa Artemisa y monta en cólera contra Teseo por haber matado a su propio hijo; le dice brutalmente la verdad y que Afrodita estaba detrás de todo su sufrimiento debido a que se sintió irrespetada por el orgullo de Hipólito en su castidad: no hubo violación, Fedra había mentido, su hijo era inocente. Teseo está dolorosamente devastado por esta revelación. Hipólito es llevado físicamente maltrecho y apenas se aferra a la vida. En los últimos momentos de la obra, Hipólito perdona a su padre, se intercambian palabras amables entre padre e hijo, y luego Hipólito muere. Teseo queda entonces en vida para pensar en ese hecho que mató a su amado hijo.