Действие происходит в провинциальном городке Скотопригоньевске в 1870-е гг. В монастыре, в скиту знаменитого старца Зосимы, известного подвижника и целителя, собираются для выяснения своих семейных имущественных дел Карамазовы — отец Федор Павлович и сыновья — старший Дмитрий и средний Иван. На этом же собрании присутствуют и младший брат Алеша, послушник у Зосимы, а также ряд других лиц — родственник Карамазовых богатый помещик и либерал Миусов, семинарист Ракитин и несколько духовных лиц. Повод — спор Дмитрия с отцом о наследственных отношениях.
Отношения Дмитрия с отцом, который никогда особой заботы о сыне не проявлял, напряжены не только из-за денег, но и из-за женщины — Грушеньки, в которую оба страстно влюблены.
Встреча в скиту представляет сразу почти всех главных героев. Страстный порывистый Дмитрий способен на опрометчивые поступки, в которых потом сам же глубоко раскаивается. Умный, загадочный Иван мучается вопросом о существовании Бога и бессмертия души, а также ключевым для романа вопросом — все дозволено или не все? Если есть бессмертие, то не все, а если нет, то умный человек может устроиться в этом мире как ему заблагорассудится, — такова альтернатива. Федор Павлович — циник, сладострастник, скандалист, комедиант, стяжатель, всем своим видом и действиями вызывает у окружающих, в том числе и у собственных сыновей, омерзение и протест. Алеша — юный праведник, чистая душа, болеет за всех, особенно же за братьев.
Роман включает в себя сложную, отлично выстроенную и психологически выверенную детективную историю, при этом в канве детективного сюжета уголовное происшествие не только сплетается с историей любовного соперничества, но и встраивается в общую картину современного Достоевскому общества.
Преступление, о котором идёт речь — убийство Фёдора Павловича Карамазова, человека пожилого и весьма состоятельного. Почву для этого преступления подготовило соперничество между Фёдором Павловичем и его сыном Дмитрием из-за Грушеньки Светловой.
По мнению критика и литературоведа Константина Мочульского, братья Карамазовы отразили три аспекта и три последовательных этапа эволюции личности самого Достоевского — ранний, романтический (Дмитрий), атеистический (Иван), поздний (Алёша). Иными словами, создатель романа послужил прототипом каждого из трёх братьев.