Handlingen finder sted i England i 1850. Den unge London-baserede kunstner Walter Hartright, på anbefaling af sin ven, den italienske professor Peski, får et job som malerlærer i Limmerridge i Cumberland på ejendommen til Frederick Fairley, Esq. Før han rejser, kommer Walter til at tage farvel med sin mor og søster, der bor i forstæderne i London. Når han vender hjem på en sen varm aften, møder han uventet en mærkelig kvinde, klædt op og ned i hvidt på en øde vej. De fortsætter rejsen sammen. Omtalen af Hartwright om de steder, hvor han skal hen, medfører en fremmed uventet spænding. Hun taler kærligt om fru Fairley, den afdøde ejer af Limmeridge. Derefter husker han med vrede og frygt en baronet fra Hampshire uden dog at nævne sit navn. Walter hjælper en fremmed med at fange en keb, og næsten umiddelbart efter hendes afgang ser han en klapvogn med to kørere spørge om en "kvinde i hvidt". De leder efter hende for at vende tilbage til madhuset, hvorfra hun slap væk.
Walter Hartwright ankommer til Limmeridge, bliver bekendt med indbyggerne. Dette er Marian Golcombe, datter af den afdøde fru Fairley fra sit første ægteskab, en grim, men charmerende og energisk brunette, hendes mors søster Laura Fairley, en blid og blid blondine, og Mr. Frederick Fairley, deres onkel, en ungkarl og en frygtelig egoist, den der foreslog Walters job. Walter fortæller Marian om sit møde med en kvinde i hvidt, og hun, fascineret, finder i sine breve til sin mor en omtale af pigen Anna Katerik. Fru Fairley blev knyttet til pigen på grund af hendes lighed med Laura, og lille Anna svarede hendes protesinde med inderlig kærlighed og svor i heder at altid gå i hvidt. Her er William klar over den mærkelige følelse, som han mere end én gang havde set, da han så på Laura: en kvinde i hvidt minder overraskende på Laura, der kun havde tabt sig og blev blek eller overlevet sorg. Marian og Walter holder deres opdagelse hemmelig. I mellemtiden, som ofte sker, blev læreren og eleven, Walter og Laura, forelsket. Men de taler ikke om deres kærlighed. De adskilles af afgrunden af social og ejendomsmæssig ulighed, fordi Laura er ædel og rig, hun er arvingen fra Limmeridge. Og vigtigst af alt er at Laura er forlovet med den mand, som hendes far valgte - dette er Baronet Sir Percival Glide, ejeren af en stor ejendom i Hampshire. Dette rapporteres til Walter af Marian, og ved ordene "Baronet" og "Hampshire" minder han om den usammenhængende tale fra kvinden, han engang havde mødt i hvidt. Men her ser Hartwright hende igen på Limmeridge-kirkegården - Anna Katerik vasker et hvidt marmormonument ved fru Fairleys grav. I en samtale med Walter (og en dag tidligere i et anonymt brev til Laura, der havde alarmeret hende meget) advarer Anna Laura om sit ægteskab med Sir Percival Glide, der for hende synes at være en legemliggørelse af det onde. Desuden viser det sig, at det var han, der fængslede Anna i et vanvittigt hus. Når han siger farvel til Laura, vender den nedlagte Walter tilbage til London og rejser derefter til en lang, farlig arkæologisk ekspedition til Mellemamerika.
Marian tvinger Laura, en forlovede, der er ankommet til Limmeridge, til at give forklaringer om Anna, og han præsenterer et brev til fru Katerik, Anna's mor, som bevis for, at hun handlede med sit samtykke og til hendes datter. Indtil sidste øjeblik håber Marian og Laura, at noget vil hindre brylluppet, men et mirakel sker ikke. Percival Glide og Laura Fairley er gift i kirken i Limmeridge og rejser på bryllupsrejse til Italien. Seks måneder senere vender de tilbage til England og bosætter sig i Blackwater Park, Glides ejendom, og Marian Golcombe kommer der. Sammen med parret Glide ankommer et andet ægtepar fra Italien - grevinnen og grevinde Fosco. Grevinde Fosco, tante af Laura, engang absurd og indrådt, er nu viet til sin mand med sin sjæl og krop, hvorfra hun bogstaveligt talt ikke tager sine øjne, som om den er hypnotiseret, fanger sit ord og vrider kontinuerligt små pachitoer for ham. Grev Fosco er ekstremt tyk, altid høflig, meget elskelig, holder konstant opmærksomhed på sin kone, elsker hvide mus, som han bærer med sig i et stort bur. Men en ekstraordinær styrke af ånd føles i ham (”hvis han i stedet for en kvinde giftede sig med en tigress, ville han også temme tigressen,” bemærker Marian).
I nærheden af Blackwater Park møder Laura Anna Katerik, og hun advarer hende igen og råder hende til ikke at stole på sin mand og frygte ham. Og Sir Percival, desperat efter penge, ønsker at få Laura til at underskrive nogle papirer uden at læse. Laura nægter. Manden truer hende, men grev Fosco formår at afbøde situationen. Brudgommens glans og charme af Sir Percival er længe forsvundet, han er uhøflig overfor sin kone, håner og irettesætter hende mere end én gang for hans lidenskab for en lærer-kunstner (Percival gætte hemmeligheden bag Laura). Jarlen og hans kone forhindrer på alle måder Marian i at forsøge at kontakte Fairley-familiens advokat. De opfanger gentagne gange breve (engang havde de endda lagt en potion på en pige, der skulle sende et brev ved ankomsten til London). Marian mistænker en sammensværgelse mod Laura og for at etablere sig i hendes antagelser tavhugger samtalen mellem Percival Glide og grev Fosco. Sammensværgelsen eksisterer, men Marian kan ikke modstå det - ved aflyttning på en natlig samtale får hun en forkølelse og bliver alvorlig syg. Ved hjælp af Marians sygdom overføres hun i overensstemmelse med grev Foscos plan til en fjerntliggende del af slottet, informeres Laura om, at hun er tilbage, og de bliver narret til at narre hende, angiveligt, for at besøge hendes onkel, Mr. Fairley. Men i London placeres Laura under navnet Anna Katerik i et vanvittigt hus, hvor den virkelige Anna plejede at være. Samtidig døde den imaginære dame Glide, der optrådte der, i hendes tantes London-hus. Nu står der intet mellem Percival Glide og hans kones rigdom.
Efter at have kommet sig, prøver Marian at finde ud af, hvad der skete. Hun formår at finde og ved hjælp af bestikkelse for at befri Laura - brudt, efterladt uden navn og rigdom. Walter vender tilbage fra ekspeditionen. Når han ankommer for at bøje sig for Lauras grav, møder han Marian og den forandrede, som er meget ligner Anna Katerik Laura. Walter lejer en lejlighed, hvor de tre bor, og sammen hjælper han og Marian Laura gradvist med at komme sig. Walter beslutter at give Laura sit navn tilbage. Når han er klar over, at Sir Percival Glide skjulte Anna Katerik i et vanvittigt hus, fordi han var bange for åbenbaringer, begynder Walter at finde ud af hvilke. Han besøger Annas mor, fru Katerik. Hun nægter bestemt at hjælpe Hartright med at bringe Percival Glide til rent vand, mens hun utvivlsomt hader Glide og vil være glad, hvis Walter formår at afregne konti med ham. Fra samtaler med fru Katherick, Anna's mor, med fuldmægtigen i Old Wellingham kirke, Mr. Wansborough, der havde en kopieret bog med kirkemetrik, forstår Walter, at Glides forældres ægteskab ikke var registreret, hvorfor han ikke har nogen rettigheder til titlen eller til jordbesiddelse. På et tidspunkt fik Glide adgang til sakristiet og muligheden for at forfalde en plade takket være fru Katerik, men da hendes mand havde mistanke om et kærlighedsforhold mellem dem, tilbageviste Glide ikke denne antagelse i frygt for at afsløre den rigtige årsag til hans møder med hende. Derefter hjalp han gentagne gange fru Katerik med penge. Had for Anna og frygt for hende blev forårsaget af det faktum, at pigen turde gentage efter sin mor, at hun vidste hemmeligheden bag Glide. Dette var nok til, at den stakkels pige endte i et vanvittigt hus, og hendes indlæg - uanset hvad hun sagde - kunne ikke betragtes som bevis. Percival Glide, der føler en fare, bestræber sig med al magt på at forhindre Walter i at nå sandheden, og beslutter derefter, uden at være opmærksom på eksistensen af et duplikat, at brænde bogbogen, men han brænder sig ud i en kirkebrand.
Grev Fosco slipper for forfølgelse. Tilfældigt ser Walter i teateret tællingen og bemærker sin åbenlyse forskrækkelse ved synet af sin ven professor Peski, som ikke genkender tællingen (han kunne dog ændre sit udseende, og år gjorde hans ting). Det er klart, Walter forstår, at grev Fosco var medlem af det samme hemmelige samfund som Sand. Frygten for tællingen kan forklares ved hans frafald, forræderi med broderskabets interesser og forventningen om forestående gengældelse. Walter er tvunget til at ty til hjælp fra Sands. Han efterlader professoren en forseglet konvolut med et brev, hvori han udsætter tællingen og beder om at straffe ham, hvis Walter ikke vender tilbage til den bestemte time dagen efter. Ved at tage disse forholdsregler kommer Walter Hartwright til grev Fosco og tvinger ham til at skrive historien om svindlen begået af ham og Glide. Jarlen skriver med sin iboende selvtilfredshed entusiastisk og tilbringer næsten hele natten på denne lektion, og grevinden forbereder sig på sin hastige afgang, der fra tid til anden vises og viser Walter sit had mod ham.
Baseret på uoverensstemmelser i datoer: Der blev udstedt et dødsattest inden brev fra Frederick Fairley, der indeholdt en invitation til at besøge hendes niece, formår Walter at bevise, at Laura er i live, og Anna Katerik begraves i stedet. Inskriptionen på monumentet er nu ændret. Anna Katerik, en kvinde i hvidt, fandt efter døden, hvad hun stræbte efter: hun hviler ved siden af fru Fairley, som hun elskede så meget.
Laura og Walter gifter sig. Deres liv bliver gradvist bedre. Walter arbejder meget. Efter at have fundet sig selv efter nogen tid på forretningsrejse i Paris, ser han liget af grev Fosco fanget fra Seinen. Der er ingen tegn på vold på kroppen, bortset fra to knivskæringer på hånden, som skjulte stigmaet - mærket for et hemmeligt samfund på størrelse med en lille mønt (Sands har det samme mærke på hånden). Vender tilbage til London finder Walter hverken Laura og hendes seks måneder gamle søn heller ikke Marian derhjemme. Han fik en note fra sin kone, der spurgte ham straks og uden at bekymre sig om at komme til Limmeridge. Den begejstrede Laura og Marian møder ham der. Efter onkels død døde blev familiegodset overtaget af Laura. Og baby Walter, den unge arving til Limmeridge, som Marian holder i sine arme, kan nu betragtes som en af de mest generøse jordsejere i England.