故事发生在1866年，那时候很多从海上归来的人说：“他们在海上看到一个酷似鲸鱼的海怪，但它比鲸鱼大多了，而且游动速度也非常的快。”消息很快传到了法国博物学家阿龙纳斯教授的耳朵里，他写了一篇文章，里面说到这只怪兽其实是一只巨大的独角鲸，它的冲角可以轻松的摧毁船只。
文章引起了加拿大鲸鱼猎手尼德·兰的注意，尼德·兰的脾气属于非常暴躁的那种，下定决心要亲手解决了这个祸害。在舆论的呼吁下，美国海军派出驱逐舰林肯号剿灭海怪，那么猎手尼德·兰和阿龙纳斯教授以及教授的仆人康赛尔三人随同林肯号一同前去狩猎。
在一个漆黑的夜晚，尼德·兰发现了海怪的踪迹，林肯号当即向海怪开炮，但可怕的是，炮弹蹭着海怪的皮肤滑了过去。它一滴血都没流，尼德·兰抓住机会投出鱼叉，但众人却只听到了金属碰撞的声音。当众人还在一片惊讶声时，海怪就发动了反击，一个回合下来，林肯号就已经损坏严重。阿龙纳斯三人落到了水里，被一群神秘人绑架到了海怪的肚子里。原来这所谓的海怪只不过是一艘钢铁结构的潜水艇，它的名字叫鹦鹉螺号，船长叫尼摩，尼摩向阿龙纳斯等人简要的介绍了鹦鹉螺号的情况，虽然很客气，但阿龙纳斯清楚的明白他们实际上已经被软禁了。因为无法脱身，阿龙纳斯三人便跟随鹦鹉螺号开启了一场海底的奇幻之旅。
在太平洋海底，阿龙纳斯亲眼看到了五彩斑斓的珊瑚丛以及巨大的海藻和在海草之间穿梭的鱼类，潜水艇的下一站是印度洋，但鹦鹉螺号在连接两个大洋的托雷斯海峡搁浅了。于是三人便跟随一起上了陆地，在陆地上大野猪摘水果，一通大吃大喝，却不小心遭到了当地土著人的攻击，三人连滚带爬的回到了鹦鹉螺号，当土人对鹦鹉螺号发动攻击时尼摩船长淡定的下了一个指令，用强大的电流直接击退了这些土著人，当地土著人还以为自己是遭到了天谴，纷纷是落荒而逃。
在印度洋的旅行中，大家亲眼见到了印度采珠人的穷苦生活，他们冒着危险潜入海底，每采到一个有珍珠的贝却只能得到一分钱的报酬，当尼摩船长从鲨鱼嘴里救下了一名采珠人后，阿龙纳斯发现原来这个看起来冷淡无情的尼摩船长也有仁慈的一面，但这船长的心情就像这海上的天气一样变化无常，说变就变，阿龙纳斯在大西洋又亲眼看见了尼摩船长恶狠狠的袭击了一艘英国战舰，三人见后是越发的恐慌，只希望能早日逃离这艘潜水艇。
终于当鹦鹉螺号被卷入大西洋旋涡时，所有的船员都陷入了忙碌，阿龙纳斯三人趁机偷了一艘小艇，三个人终于逃回了陆地。
这部作品是儒勒·凡尔纳的巅峰之作，展示了人类对人事和驾驭海洋的决心，书中塑造最为成功的人物则是亦正亦邪的尼摩船长了，他为人类的痛苦而悲伤，对所有被奴役的种族慈悲为怀，但却对殖民者怀有刻骨的仇恨。在作者的另一本著作《神秘岛》中，我们发现尼摩船长的真实身份其实是印度的达卡王子，他的妻子儿女都被英国殖民者杀害，因此我们也可以通过尼摩船长这个角色在《海地两万里》中品味到作者对殖民主义鄙视的态度。
