Het toneelstuk speelt in Troezen, een kustplaats in het noordoosten van de Peloponnesos. Theseus, de koning van Athene, is een jaar vrijwillig verbannen nadat hij een plaatselijke koning en zijn zonen heeft vermoord. Zijn buitenechtelijke zoon is Hippolytus, wiens geboorte het gevolg is van Theseus’ verkrachting van de Amazone Hippolyta. Hippolytus is van kindsbeen af opgeleid door de koning van Troezen, Pittheus.
Bij de opening van het stuk legt Aphrodite, de godin van de liefde, uit dat Hippolytus kuisheid heeft gezworen en weigert haar te vereren. In plaats daarvan vereert hij de godin van de jacht, Artemis. Dit heeft haar ertoe gebracht een plan van wraak op Hippolytus te beramen. Toen Hippolytus twee jaar eerder naar Athene ging, inspireerde Aphrodite Phaedra, Hippolytus’ stiefmoeder, om verliefd op hem te worden.
Hippolytus verschijnt met zijn volgelingen en betoont eerbied aan een beeld van Artemis, een kuise godin. Een dienaar waarschuwt hem Aphrodite te kleineren, maar Hippolytus weigert te luisteren.
Het koor, bestaande uit jonge getrouwde vrouwen van Troezen, komt binnen en beschrijft hoe Theseus’ vrouw, Phaedra, al drie dagen niet gegeten of geslapen heeft. Phaedra, ziekelijk, verschijnt met haar verpleegster. Na een kwellend gesprek bekent Phaedra eindelijk waarom ze ziek is: ze houdt van Hippolytus. De voedster en het koor zijn geschokt. Phaedra legt uit dat ze moet verhongeren en sterven met haar eer intact en om Theseus van schande te redden. De voedster trekt echter snel haar eerste antwoord in en vertelt Phaedra dat zij een magisch amulet heeft om haar te genezen. In een terzijde onthult zij echter andere plannen.
De voedster brengt Hippolytus, nadat zij hem heeft laten zweren het aan niemand te vertellen, op de hoogte van Phaedra’s verlangen en stelt Hippolytus voor te overwegen aan haar toe te geven. Hij reageert hierop met een woedende tirade en dreigt zijn vader, Theseus, alles te vertellen zodra hij arriveert. Phaedra beseft dat er een ramp is gebeurd. Nadat zij het koor geheimhouding heeft laten zweren, gaat zij naar binnen en hangt zich op.
Theseus keert terug en ontdekt het dode lichaam van zijn vrouw. Omdat het koor geheimhouding heeft gezworen, kunnen zij Theseus niet vertellen waarom zij zelfmoord heeft gepleegd. Theseus ontdekt een brief op het lichaam van Phaedra, waarin valselijk wordt beweerd dat zij verkracht is door Hippolytus. Woedend vervloekt Theseus zijn zoon tot de dood of op zijn minst verbanning. Om de vloek uit te voeren, roept Theseus zijn vader, de god Poseidon, aan, die beloofd heeft zijn zoon drie wensen te vervullen. Hippolytus komt binnen en betuigt zijn onschuld, maar kan de waarheid niet zeggen vanwege de bindende eed die hij heeft gezworen. Met de brief van zijn vrouw als bewijs verdedigt Hippolytus trots zijn onschuld door te zeggen dat hij nooit met seksuele begeerte naar een vrouw heeft gekeken. Theseus gelooft zijn zoon niet en verbant hem alsnog. Als Hippolytus vertrekt zweert hij dat als hij liegt Zeus hem ter plekke zal neerslaan.
Het koor zingt een klaagzang voor Hippolytus.
Een bode komt binnen en beschrijft Theseus een gruwelijk tafereel; toen Hippolytus in zijn strijdwagen stapte om het koninkrijk te verlaten, bulderde een stier uit de zee, die zijn paarden schrik aanjoeg, die zijn strijdwagen tussen de rotsen stuksloegen en Hippolytus meesleepten. Hippolytus schijnt te sterven. De bode protesteert tegen Hippolytus’ onschuld, maar Theseus weigert hem te geloven.
Theseus is blij dat Hippolytus lijdt en op het punt staat te sterven. Maar dan verschijnt de godin Artemis, die woedend is op Theseus omdat hij zijn eigen zoon heeft gedood; zij vertelt hem brutaal de waarheid en dat Aphrodite achter al hun lijden zat, omdat zij zich niet gerespecteerd voelde vanwege Hippolytus’ trots op zijn kuisheid: er was geen verkrachting, Phaedra had gelogen, zijn zoon was onschuldig. Theseus is pijnlijk verwoest door deze openbaring. Hippolytus wordt fysiek gehavend binnengedragen en klampt zich nauwelijks vast aan het leven. In de laatste ogenblikken van het stuk vergeeft Hippolytus zijn vader, er worden vriendelijke woorden gewisseld tussen vader en zoon, en dan sterft Hippolytus. Theseus blijft dan in leven om stil te staan bij het feit dat hij zijn geliefde zoon heeft gedood.