Μόσχα, 1924. Μετά από μια τρομερή μέρα, ένας αδέσποτος σκύλος σκέφτεται την κακή του τύχη να ζει στους δρόμους της Μόσχας. Τότε, προς έκπληξή του, καταφθάνει ο επιτυχημένος χειρουργός Filip Filippovich Preobrazhensky και προσφέρει στο σκύλο ένα κομμάτι λουκάνικο. Πανευτυχής, ο σκύλος ακολουθεί τον Φιλίπ στο διαμέρισμά του, όπου του δίνεται το όνομα ενός σκύλου απόθεμα, Sharik.
Στο σπίτι, ο Sharik γνωρίζει το νοικοκυριό του Dr. Preobrazhensky, το οποίο περιλαμβάνει τον Doctor Bormenthal, μαθητή και προστατευόμενο του καθηγητή και δύο γυναίκες υπηρέτριες. Παρά τον έντονο αντικομμουνισμό του καθηγητή, η συχνή ιατρική περίθαλψη των ηγετών του κόμματος τον καθιστά ανέγγιχτο. Αρνείται να μειώσει το μέγεθος του διαμερίσματός του των επτά δωματίων και αντιμετωπίζει με περιφρόνηση τους μπολσεβίκους της επιτροπής στέγασης. Εντυπωσιασμένος από το νέο του αφεντικό, ο Sharik γλιστράει εύκολα στο ρόλο του "σκύλου ενός κυρίου".
Αφού η υγεία του Sharik βελτιώνεται, ο καθηγητής ετοιμάζεται να τον εγχειρήσει. Ο Σάρικ σύρεται από το σβέρκο του στο εργαστήριο. Εκεί, τον ναρκώνουν και αρχίζει η επέμβαση. Καθώς ο Μπόρμενταλ βοηθάει, ο καθηγητής του δίνει μια ανθρώπινη υπόφυση και ανθρώπινους όρχεις.
Κατά τη διάρκεια των εβδομάδων μετά την επέμβαση, το νοικοκυριό μένει άναυδο καθώς ο Sharik αρχίζει να μεταμορφώνεται σε έναν απίστευτα ατημέλητο άνθρωπο. Στη συνέχεια, ο καθηγητής και ο Μπόρμενταλ προσπαθούν υπομονετικά να διδάξουν στον Σαρίκοφ βασικές εθιμοτυπικές αρχές. Αντ' αυτού, ο Σαρίκοφ χλευάζει την ιδέα των τρόπων ως απομεινάρια του Τσαρισμού. Επιμένει ότι είναι καλύτερο να συμπεριφέρεται κανείς, όπως λέει, "φυσικά". Ως αποτέλεσμα, ο Σαρίκοφ βρίζει μπροστά στις γυναίκες, αρνείται να ξυριστεί και ντύνεται σαν αχρείος.
Εν τω μεταξύ, ο Σαρίκοφ μετατρέπει τη ζωή του καθηγητή σε κόλαση. Τον πιάνουν να προσπαθεί να βιάσει μια από τις υπηρέτριες. Εξοργισμένος, ο Μπόρμενταλ χτυπάει τον Σαρίκοφ και τον αναγκάζει να ζητήσει συγγνώμη. Εξοργισμένος, ο Sharikov φεύγει από το διαμέρισμα και παραμένει εξαφανισμένος για αρκετές ημέρες.
Αργότερα, ο Μπόρμενταλ εκλιπαρεί τον καθηγητή για την άδεια να χορηγήσει στον Σαρίκοφ αρσενικού, αποκαλώντας τον άνθρωπο με "καρδιά σκύλου". Ο καθηγητής τρομοκρατείται και διατάζει τον Μπόρμενταλ να μην "συκοφαντήσει τον σκύλο". Εξηγεί ότι τα ανθρώπινα μέλη του σώματος, τα οποία προήλθαν από έναν μεθυσμένο, ευθύνονται για όλα τα ελαττώματα του Sharikov. Ο Bormenthal προτείνει τότε να ξανακάνουν την επέμβαση, χρησιμοποιώντας το σώμα μιας ιδιοφυΐας. Και πάλι ο καθηγητής αρνείται, εξηγώντας ότι η επέμβαση είχε σκοπό να βελτιώσει το ανθρώπινο γένος. Σε ρήξη με τις προηγούμενες πεποιθήσεις του, ο καθηγητής παραδέχεται ότι οποιαδήποτε χωριάτισσα θα μπορούσε να γεννήσει μια ιδιοφυΐα και ότι η ευγονική είναι χάσιμο χρόνου. Εν κατακλείδι, ο καθηγητής αρνείται να επιτρέψει τη δολοφονία του Σαρίκοφ ή να αναιρέσει την επέμβαση, η οποία θα μπορούσε εύκολα να σκοτώσει και τον ίδιο.
Λίγο αργότερα, ο Σαρίκοφ επιστρέφει, εξηγώντας ότι του έχει δοθεί μια θέση εργασίας από το σοβιετικό κράτος. Περνάει τώρα την εργάσιμη ημέρα του στραγγαλίζοντας περιπλανώμενες γάτες, των οποίων η γούνα χρησιμοποιείται για να μιμηθεί εκείνη των σκίουρων. Λίγο αργότερα ο Σαρίκοφ φέρνει στο σπίτι μια γυναίκα συνάδελφο, την οποία συστήνει στον καθηγητή ως τη νέα του νόμιμη σύζυγο.
Αντί να τους δώσει το δικό τους δωμάτιο, όπως απαιτεί ο Σαρίκοφ, ο καθηγητής παίρνει τη γυναίκα στην άκρη και της εξηγεί ότι ο Σαρίκοφ είναι το προϊόν ενός εργαστηριακού πειράματος που πήγε φρικτά στραβά. Η γυναίκα, η οποία πίστευε ότι ο Sharikov ήταν ένας βετεράνος του Κόκκινου Στρατού που τραυματίστηκε κατά τη διάρκεια του ρωσικού εμφυλίου πολέμου, φεύγει κλαίγοντας από το διαμέρισμα. Βράζοντας από μίσος, ο Σαρίκοφ απειλεί να την απολύσει. Ο Μπόρμενταλ ξαναχτυπάει τον Σαρίκοφ και τον βάζει να υποσχεθεί ότι δεν θα κάνει τίποτα τέτοιο.
Την επόμενη μέρα, ένας ανώτερος αξιωματούχος του κόμματος φτάνει και λέει στον καθηγητή ότι ο Σαρίκοφ τον κατήγγειλε στη μυστική αστυνομία, την Τσέκα. Εξηγώντας ότι δεν πρόκειται να του συμβεί τίποτα λόγω της δυσπιστίας του κράτους απέναντι στον Sharikov, ο κομματικός αξιωματούχος αναχωρεί. Όταν ο Sharikov επιστρέφει, ο καθηγητής και ο Bormenthal τον διατάζουν να εγκαταλείψει οριστικά το διαμέρισμα. Αντ' αυτού, ο Sharikov αρνείται και τραβάει ένα περίστροφο. Εξοργισμένοι, ο καθηγητής και ο Μπόρμενταλ πέφτουν πάνω του.
Εκείνη τη νύχτα, μια δυσοίωνη σιωπή επικρατεί στο διαμέρισμα και τα φώτα μένουν αναμμένα για πολλές ώρες μετά τον ύπνο. Τις ημέρες που ακολουθούν, ο καθηγητής και ο Μπόρμενταλ φαίνονται πολύ πιο χαλαροί από ό,τι οποιαδήποτε στιγμή πριν από την άφιξη του Σαρίκοφ. Τελικά, η αστυνομία φτάνει με ένταλμα έρευνας. Απαιτούν να δουν τον Sharikov. Χωρίς να πτοηθεί, ο καθηγητής διατάζει τον Μπόρμενταλ να καλέσει τον Σαρίκοφ, ο οποίος σιγά σιγά μεταμορφώνεται ξανά σε σκύλο. Ο καθηγητής εξηγεί την αλλαγή ως φυσικό φαινόμενο, αν και είναι προφανές στον αναγνώστη ότι στην πραγματικότητα αυτός και ο Μπόρμενταλ έχουν απλώς πραγματοποιήσει την αντίστροφη επέμβαση. Η αστυνομία αναχωρεί.
Στη συνέχεια, ο πλήρως κυνικός Sharik ξαναβρίσκει ευτυχισμένος την ιδιότητά του ως σκύλος κυρίων. Ωστόσο, σύντομα βλέπει με τρόμο τον καθηγητή να φέρνει στο σπίτι του έναν ανθρώπινο εγκέφαλο και να αφαιρεί την υπόφυση...
