Un soir, malgré la porte de la chambre fermée à clef "de l'intérieur", les volets de l'unique fenêtre solidement fermés eux aussi "de l'intérieur", et en l'absence de toute cheminée ou passage secret, Mlle Stangerson est agressée dans la chambre jaune. Une trace ensanglantée de la main du coupable est retrouvée sur le mur. Qui a tenté de tuer Mlle Stangerson ? Et surtout, par où l'assassin a-t-il pu fuir de la chambre jaune ?
Le jeune reporter Rouletabille, limier surdoué d'à peine 18 ans qui raisonne par "le bon bout de la raison", entreprend de trouver la solution de cet affolant problème, accompagné de Sainclair son meilleur ami.

En 1327, alors que la chrétienté est divisée entre l'autorité du pape Jean XXII et celle de l'Empereur Louis IV du Saint-Empire, l'ex-inquisiteur Guillaume de Baskerville se rend dans une abbaye bénédictine, située entre Provence et Ligurie, accompagné par son novice Adso. Dans un climat de conflit théologique entre les franciscains et l'autorité pontificale au sujet de la pauvreté du Christ, l'ancien inquisiteur doit reprendre sa charge à la demande de l'abbé, à la suite de la mort suspecte d'un des moines. Rapidement, ce que beaucoup semblaient considérer comme un suicide prend des allures de plus en plus inquiétantes. Lorsque l'inquisiteur dominicain Bernardo Gui se rend à l'abbaye à la demande du pape, et commence à se mêler à l'enquête, cela est loin d'arranger les choses.

Robert Darzac et Mathilde Satangerson ont enfin pu s'épouser et une cérémonie de mariage a réuni presque tous les protagonistes du Mystère de la chambre jaune.
Or, le terrible Ballmeyer, l'agresseur de la chambre jaune, court toujours et semble déterminé à nuire au bonheur des nouveaux mariés. Croyant avoir aperçu le bandit à quelques reprises pendant leur voyage de noces, ces derniers choisissent par prudence d'écourter leur séjour à l'étranger pour s'enfermer au Château des Rochers rouges, véritable forteresse qui domine le littoral de la mer. Le professeur Stangerson s'y trouve déjà avec des amis, les Rance, et sont presque aussitôt rejoints par Rouletabille, flanqué de son ami Sainclair.
Rouletabille découvre bientôt, non sans appréhension, de multiples indices qui témoignent de la présence menaçante de l'escroc dans l'enceinte fortifiée du château...