Дія відбувається в садибі Петра Миколайовича Соріна. Його сестра, Ірина Миколаївна Аркадіна, - актриса, гостює в його маєтку разом зі своїм сином, Костянтином Гавриловичем Трєплєвим, і з Борисом Олексійовичем Тригоріна, письменником, досить знаменитим, хоча йому немає ще сорока. Про нього відгукуються як про людину розумну, простому, кілька меланхолійному і дуже порядному. Що ж стосується його літературної діяльності, то, за словами Треплева, це «мило, талановито <...> та <...> після Толстого або Золя не захочеш читати Тригоріна».

Сам Костянтин Треплєв також намагається писати. Вважаючи сучасний театр забобоном, він шукає нові форми театрального дійства. Присутні в маєтку готуються дивитися п'єсу, поставлену автором серед природних декорацій. Грати в ній єдину роль повинна Ніна Михайлівна Зарічна, молода дівчина, дочка багатих поміщиків, в яку Костянтин закоханий. Батьки Ніни категорично проти її захоплення театром, і тому вона повинна приїхати в садибу таємно.

Костянтин впевнений, що його мати проти постановки п'єси і, ще не бачивши, гаряче ненавидить її, так як письменникові, якого вона любить, може сподобатися Ніна Зарічна. Йому також здається, що мати його не любить, тому що своїм віком - а йому двадцять п'ять років - він нагадує їй про власні роках. До того ж Костянтину не дає спокою той факт, що його мати - відома актриса. Йому здається, що оскільки він, як і його батько, нині покійний, київський міщанин, то його терплять в суспільстві знаменитих артистів і письменників тільки через матір. Він страждає також через те, що його мати відкрито живе з Тригоріна і її ім'я постійно з'являється на сторінках газет, що вона скупа, забобонна і ревнива до чужого успіху.

Про все це в очікуванні Зарічній він і розповідає своєму дядькові. Сам Сорін дуже любить театр і літераторів і визнається Треплеву в тому, що сам колись хотів стати літератором, та не вийшло. Замість цього він двадцять вісім років прослужив в судовому відомстві.

Серед очікують спектакль також Ілля Опанасович Шамраев, поручик у відставці, керуючий у Соріна; його дружина - Поліна Андріївна і його дочка Маша, Євген Сергійович Дорн, доктор; Семен Семенович Медведенко, вчитель. Медведенко сумирно закоханий в Машу, але Маша не відповідає йому взаємністю не тільки тому, що вони різні люди і один одного не розуміють. Маша любить Костянтина Треплева.

Нарешті приїжджає Зарічна. Вона зуміла вирватися з дому тільки на півгодини, і тому все спішно починають збиратися в саду. На естраді декорацій немає ніяких: тільки завіса, перша куліса і друга куліси. Зате відкривається чудовий вид на озеро. Над обрієм варто повний місяць і відбивається у воді. Ніна Зарічна, вся в білому, сидячи на великому камені, читає текст в дусі декадентської літератури, що тут же зазначає Аркадіна. Під час всієї читки глядачі постійно перемовляються, незважаючи на зауваження Треплева. Незабаром йому це набридає, і він, розлютившись, припиняє подання і йде. Маша поспішає за ним, щоб відшукати його і заспокоїти. Тим часом Аркадіна представляє Ніні Тригоріна, і після недовгої розмови Ніна їде додому.

П'єса не сподобалася нікому, крім Маші і Дорна. Йому хочеться наговорити Треплеву побільше приємного, що він і робить. Маша ж визнається Дорну, що любить Треплева, і просить поради, але Дорн нічого не може їй порадити.

Проходить кілька днів. Дія переноситься на майданчик для крокету. Батько і мачуха Ніни Зарічній поїхали до Твері на три дні, і це дало їй можливість приїхати в маєток Соріна, Аркадіна і Поліна Андріївна збираються в місто, проте Шамраев відмовляється надати їм коней, мотивуючи це тим, що всі коні в поле на збиранні жита. Відбувається маленька сварка, Аркадіна мало не їде в Москву. По дорозі в будинок Поліна Андріївна майже визнається Дорну в любові. Їх зустріч з Ніною біля самого будинку дає їй ясно зрозуміти, що Дорн любить не її, а Зарічну.

Ніна ходить по саду і дивується з того, що життя знаменитих акторів і письменників точно така ж, як життя звичайних людей, зі своїми побутовими сварками, суперечками, сльозами і радощами, зі своїми клопотами. Треплев приносить їй вбиту чайку і порівнює цю птицю з собою. Ніна каже йому, що майже перестала розуміти його, так як він став висловлювати свої думки і почуття символами. Костянтин намагається порозумітися, але, побачивши який з'явився Тригоріна, швидко йде.

Ніна і Тригоріна залишаються удвох. Тригорин постійно записує щось в записну книжку. Ніна захоплюється тим світом, в якому живуть, за її поданням, Тригорин і Аркадіна, захоплюється захоплено і вважає, що їх життя наповнене щастям і чудесами. Тригорин ж, навпаки, малює своє життя як болісне існування. Побачивши вбиту Трєплєвим чайку, Тригорин записує в книжечку новий сюжет для невеликого оповідання про молоду дівчину, схожою на чайку. «Випадково прийшла людина, побачив і від нічого робити знищив його».

Минає тиждень. У їдальні будинку Соріна Маша зізнається Тригоріна, що любить Треплева і, щоб вирвати цю любов зі свого серця, виходить заміж за Медведенко, хоча і не любить його. Тригорин збирається їхати в Москву разом з Аркадиной. Ірина Миколаївна їде через сина, який стрілявся, а тепер збирається викликати Тригоріна на дуель. Ніна Зарічна збирається теж їхати, так як мріє стати актрисою. Вона приходить попрощатися (в першу чергу з Тригоріна). Ніна дарує йому медальйон, де позначені рядки з його книги. Відкривши книгу на потрібному місці, той читає: «Якщо тобі коли-небудь знадобиться моє життя, то прийди і візьми її». Тригорин хоче піти за Ніною, так як йому здається, що це те саме відчуття, яке він шукав все життя. Дізнавшись про це, Ірина Аркадіна на колінах благає не залишати її. Однак, погодившись на словах, Тригорин домовляється з Ніною про таємному побаченні по дорозі в Москву.

Минає два роки. Соріну вже шістдесят двох років, він дуже хворий, але також сповнений спрагою жити. Медведенко і Маша одружені, у них є дитина, але щастя в їхньому шлюбі немає. Маші огидні і чоловік, і дитина, а сам Медведенко дуже від цього страждає.

Треплев розповідає Дорну, який цікавиться Ніною Зарічній, її долю. Вона втекла з дому і зійшлася з Тригоріна. У них народилася дитина, але незабаром помер. Тригорин вже розлюбив її і знову повернувся до Аркадиной. На сцені у Ніни все складалося, здається, ще гірше. Грала вона багато, але дуже «грубо, без смаку, з завиваннями». Вона писала Треплеву листи, але ніколи не скаржилася. У листах підписувалася Чайкою. Її батьки знати її не хочуть і не пускають до будинку навіть близько. Зараз вона в місті. І обіцяла прийти. Треплев впевнений, що не прийде.

Однак він помиляється. Ніна з'являється абсолютно несподівано. Костянтин вкотре зізнається їй у коханні і вірності. Він готовий все їй пробачити і все життя присвятити їй. Ніна не приймає його жертви. Вона до цих пір любить Тригоріна, у чому і визнається Треплеву. Вона їде в провінцію грати в театрі і запрошує Треплева поглянути на її гру, коли вона стане великою актрисою.

Треплев після її відходу рве всі свої рукописи і кидає їх під стіл, потім йде в сусідню кімнату. У покинутій їм кімнаті збираються Аркадіна, Тригорин, Дорн та інші. Збираються грати і співати. Лунає постріл. Дорн, сказавши, що це, очевидно, лопнула його пробірка, йде на шум. Повернувшись, він відводить Тригоріна в сторону і просить його відвести куди-небудь Ірину Миколаївну, тому що її син, Костянтин Гаврилович, застрелився.