La pièce se déroule à Troezen, une ville côtière du nord-est du Péloponnèse. Thésée, le roi d’Athènes, purge une année d’exil volontaire après avoir assassiné un roi local et ses fils. Son fils illégitime est Hippolyte, dont la naissance est le résultat du viol de l’amazone Hippolyta par Thésée. Hippolyte est formé depuis son enfance par le roi de Troezen, Pittheus.
A l’ouverture de la pièce, Aphrodite, déesse de l’amour, explique qu’Hippolyte a juré la chasteté et refuse de la vénérer. Au lieu de cela, il honore la déesse de la chasse, Artémis. Cela l’a amenée à lancer un plan de vengeance contre Hippolyte. Lorsque Hippolyte s’est rendu à Athènes deux ans auparavant, Aphrodite a inspiré Phèdre, la belle-mère d’Hippolyte, à tomber amoureuse de lui.
Hippolyte apparaît avec ses partisans et se montre révérencieux devant une statue d’Artémis, une déesse chaste. Un serviteur le met en garde contre le fait d’offenser Aphrodite, mais Hippolyte refuse d’écouter.
Le chœur, composé de jeunes femmes mariées de Troezen, entre et décrit comment la femme de Thésée, Phaedra, n’a ni mangé ni dormi depuis trois jours. Phèdre, malade, apparaît avec sa nourrice. Après une discussion angoissante, Phèdre finit par avouer pourquoi elle est malade : elle aime Hippolyte. La nourrice et le chœur sont choqués. Phèdre explique qu’elle doit s’affamer et mourir en gardant son honneur intact et pour éviter la honte à Thésée. Cependant, la nourrice se rétracte rapidement et dit à Phèdre qu’elle a un charme magique pour la guérir. Cependant, dans un aparté, elle révèle des plans différents.
La nourrice, après avoir fait jurer à Hippolyte de ne rien dire à personne, informe Hippolyte du désir de Phèdre et lui suggère d’envisager de lui céder. Celui-ci réagit par une tirade furieuse et menace de tout raconter à son père, Thésée, dès son arrivée. Phèdre comprend que le désastre est arrivé. Après avoir fait jurer le secret au chœur, elle rentre et se pend.
Thésée revient et découvre le cadavre de sa femme. Comme le chœur a juré de garder le secret, il ne peut pas dire à Thésée pourquoi elle s’est tuée. Thésée découvre une lettre sur le corps de Phèdre, qui affirme faussement qu’elle a été violée par Hippolyte. Enragé, Thésée condamne son fils à la mort ou au moins à l’exil. Pour exécuter la malédiction, Thésée fait appel à son père, le dieu Poséidon, qui a promis d’exaucer les trois vœux de son fils. Hippolyte entre et proteste de son innocence mais ne peut dire la vérité à cause du serment qu’il a prêté. Prenant la lettre de sa femme comme preuve, Hippolyte défend fièrement son innocence, disant qu’il n’a jamais regardé aucune femme avec un désir sexuel. Thésée ne croit pas son fils et l’exile quand même. Au moment de partir, Hippolyte jure que s’il ment, Zeus devra le foudroyer sur place.
Le chœur chante une complainte pour Hippolyte.
Un messager entre et décrit à Thésée une scène macabre ; alors qu’Hippolyte est monté dans son char pour quitter le royaume, un taureau a rugi de la mer, effrayant ses chevaux, qui ont précipité son char parmi les rochers, entraînant Hippolyte derrière eux. Hippolyte semble être en train de mourir. Le messager proteste de l’innocence d’Hippolyte, mais Thésée refuse de le croire.
Thésée est heureux qu’Hippolyte souffre et soit sur le point de mourir. Mais la déesse Artémis apparaît alors et s’emporte contre Thésée pour avoir tué son propre fils ; elle lui dit brutalement la vérité et que c’est Aphrodite qui est à l’origine de toutes leurs souffrances parce qu’elle s’est sentie déshonorée à cause de la fierté d’Hippolyte pour sa chasteté : il n’y a pas eu de viol, Phèdre avait menti, son fils était innocent. Thésée est douloureusement dévasté par cette révélation. Hippolyte est transporté physiquement meurtri et s’accroche à peine à la vie. Dans les derniers instants de la pièce, Hippolyte pardonne à son père, des mots doux sont échangés entre le père et le fils, puis Hippolyte meurt. Thésée est alors laissé vivant pour ressasser ce fait qui a tué son fils bien-aimé.