Prélude
Molière exprime sa gratitude au roi Louis XIV qui a accepté sa troupe et assisté à leur représentation.
Acte I
Argan, interprété par Molière lui-même, s'imagine être malade et fait le point sur le prix des médicaments qu'il doit prendre. Bien qu'il les juge trop chers, il croit fermement à leur efficacité. Apparaît alors la servante Toinette, qui voit clair dans le jeu d'Argan et lui dit que les médecins ne sont que des escrocs. Angélique, la fille d'Argan, déclare à Toinette qu'elle est amoureuse et lui montre même la lettre qu'elle a reçue du jeune Cléante dans laquelle il la demande en mariage.
Argan dit à Angélique qu'il veut lui trouver un prétendant. La jeune fille est heureuse jusqu'à ce qu'elle apprenne qu'il ne s'agit pas du même jeune homme : son père veut qu'elle épouse Théophile, le fils de son médecin Purgot. Sa fille s’y refuse et Argan s'effondre, inconscient.
Béline, la femme d'Argan, arrive et son mari se plaint de Toinette, qui refuse de croire à ses maladies. La servante ment à Béline : elle lui dit qu'elle vient de recommander à Argan d'envoyer leur fille au couvent, ce qui est, en réalité, le souhait de Béline. Béline continue de protéger Argan et de le soigner. Cela porte ses fruits puisque l'homme a l'intention de léguer toute sa fortune à sa femme.
Le jeune Cléante entre et annonce qu’il vient remplacer le professeur de chant d'Angélique, tombé malade. Argan appelle sa fille auprès du professeur quand le docteur Purgot et son fils Théophile apparaissent soudainement. Théophile, un étudiant en médecine faible d'esprit, se tourne vers Argan, répétant un salut qu'il a appris, puis fait face à Angélique pour lui demander sa main. Mais la jeune fille déclenche une petite rébellion, vite réprimée par Argan. Il demande au médecin de le soigner. Le médecin propose à son fils d'examiner Argan, dont le diagnostic est le même que celui posé par son père. Que le cours de chant commence ! Cléante et Angélique improvisent un duo sur deux jeunes qui ne peuvent s'appartenir à cause d'un père sans cœur. Argan n'apprécie pas et renvoie Cléante.
Une nouvelle tempête s'annonce avec l'arrivée de Béline : Angélique résiste au mariage forcé, en réponse auquel sa mère l'enverra se faire nonne. Purgon est indigné, Théophile ne comprend pas la situation, et Toinette tente de sauver ce qu'elle peut.
Interlude
Louis XIV met en garde Molière pour son Tartuffe qui met l'Église en mauvaise posture. Mais il autorise l'écrivain à présenter sa nouvelle pièce au Palais Royal.
Acte II
Toinette décide de sauver Angélique car le bonheur de la jeune fille est important pour elle. Argan arrive, sentant que la mort le guette maintenant que même son enfant chéri s'est retourné contre lui. Toinette tente de le dissuader de mettre son plan à exécution, mais il reste inébranlable, tombe malade, appelle un médecin et sort. Les deux Purgot arrivent, et Toinette leur fait croire qu'Argan a été guéri. Les médecins partent, outrés. Au retour d'Argan, Toinette est affligée par le départ des médecins. Mais elle annonce alors l'arrivée d'un autre médecin miraculeux. Cléante entre déguisé en médecin et examine Argan et révèle entre-temps son identité à Angélique. Le garçon pose un nouveau diagnostic et recommande d'amputer un des bras à Argan et de lui crever un œil. Il part.
Argan a compris le stratagème : Angélique est heureuse de voir le nouveau médecin car cela signifie que le jeune Purgot ne viendra plus. Sur la recommandation de sa femme, et parce qu'il ne permettra qu'à un médecin de marier sa fille, Argan décide d'envoyer sa fille au couvent. Toinette lui suggère alors de faire semblant d'être mort pour qu'ils puissent juger, sur la base de la réaction de Béline, à quel point elle mérite qu'on lui fasse confiance. Lorsque l'épouse arrive à la maison, Toinette fait semblant d'être en grand deuil et lui annonce qu'Argan est décédé, ce à quoi la méchante femme exprime son soulagement. Alors qu'elle veut récupérer rapidement son argent, Argan ressuscite soudainement. Béline est surprise, lui raconte tout et part en trombe. Argan, misérable et déçu, sent que la fin est arrivée. Cléante, toujours habillée en médecin, arrive au moment le plus opportun : Argan est si effrayé qu'il préfère être guéri que malade et donne sa fille au jeune homme. Selon Cléante, Argan aurait mieux fait de devenir médecin lui-même.
Postlude
Molière tombe définitivement en disgrâce auprès de Louis XIV à cause de son immoralité. L'écrivain et acteur est brisé et peut à peine entamer le final du Malade imaginaire.
Final
Molière, qui joue Argan, tombe malade peu avant qu’Argan ne devienne docteur. La pièce est interrompue.