Действие пьесы разворачивается в Лондоне. В летний вечер дождь льет как из ведра. Прохожие бегут к Ковент-Гарденскому рынку и к портику собора св. Павла, где уже укрылось несколько человек, в том числе и пожилая дама с дочерью, они в вечерних туалетах, ждут, когда Фредди, сын дамы, найдет такси и приедет за ними. Все, кроме одного человека с записной книжкой, с нетерпением всматриваются в потоки дождя. Вдали появляется Фредди, не нашедший такси, и бежит к портику, но по дороге налетает на уличную цветочницу, торопящуюся укрыться от дождя, и вышибает у нее из рук корзину с фиалками. Та разражается бранью. Человек с записной книжкой что-то спешно записывает. Девушка сокрушается, что пропали её фиалочки, и умоляет стоящего тут же полковника купить букетик. Тот, чтобы отвязаться, дает ей мелочь, но цветов не берет. Кто-то из прохожих обращает внимание цветочницы, неряшливо одетой и неумытой девушки, что человек с записной книжкой явно строчит на нее донос. Девушка начинает хныкать. Тот, однако, уверяет, что он не из полиции, и удивляет всех присутствующих тем, что точно определяет происхождение каждого из них по их произношению.
Мать Фредди отправляет сына обратно искать такси. Вскоре, правда, дождь прекращается, и она с дочерью идет на автобусную остановку. Полковник проявляет интерес к способностям человека с записной книжкой. Тот представляется как Генри Хиггинс, создатель «Универсального алфавита Хиггинса». Полковник же оказывается автором книги «Разговорный санскрит». Фамилия его Пикеринг. Он долго жил в Индии и приехал в Лондон специально, чтобы познакомиться с профессором Хиггинсом. Профессору тоже всегда хотелось познакомиться с полковником. Они уже собираются идти ужинать к полковнику в отель, когда цветочница опять начинает просить купить у нее цветочки. Хиггинс бросает ей в корзину горсть монет и уходит с полковником. Цветочница видит, что она теперь владеет, по её меркам, огромной суммой. Когда прибывает Фредди с наконец пойманным им такси, она садится в машину и, с шумом захлопнув дверцу, уезжает.
На следующее утро Хиггинс у себя дома демонстрирует полковнику Пикерингу свою фонографическую аппаратуру. Внезапно экономка Хиггинса, миссис Пирс, докладывает о том, что некая очень простая девушка желает переговорить с профессором. Входит вчерашняя цветочница. Она представляется Элизой Дулиттл и сообщает, что желает брать у профессора уроки фонетики, ибо с её произношением она не может устроиться на работу. Накануне она слышала, что Хиггинс дает такие уроки. Элиза уверена, что он с радостью согласится отработать те деньги, что вчера, не глядя, бросил в её корзину. Разговаривать о таких суммах ему, разумеется, смешно, однако Пикеринг предлагает Хиггинсу пари. Он подбивает его доказать, что за считанные месяцы может, как уверял накануне, превратить уличную цветочницу в герцогиню. Хиггинс находит это предложение заманчивым, тем более что Пикеринг готов, если Хиггинс выиграет, оплатить всю стоимость обучения Элизы. Миссис Пирс уводит отмывать Элизу в ванную комнату.
Через некоторое время к Хиггинсу приходит отец Элизы. Он мусорщик, простой человек, но поражает профессора своим прирожденным красноречием. Хиггинс просит у Дулиттла позволения оставить его дочь у себя и дает ему за это пять фунтов. Когда появляется Элиза, уже вымытая, в японском халате, отец сначала даже не узнает свою дочь. Через пару месяцев Хиггинс приводит Элизу в дом к своей матери, как раз в её приемный день. Он хочет узнать, можно ли уже вводить девушку в светское общество. В гостях у миссис Хиггинс находятся миссис Эйнсфорд Хилл с дочерью и сыном. Это те самые люди, с которыми Хиггинс стоял под портиком собора в тот день, когда впервые увидел Элизу. Однако они не узнают девушку. Элиза сначала и ведет себя, и разговаривает, как великосветская леди, а затем переходит на рассказ о своей жизни и использует при этом такие уличные выражения, что все присутствующие только див
После этой встречи он начинает слать Элизе письма на десяти страницах. После ухода гостей Хиггинс и Пикеринг наперебой, увлеченно рассказывают миссис Хиггинс о том, как они занимаются с Элизой, как учат её, вывозят в оперу, на выставки, одевают. Миссис Хиггинс находит, что они обращаются с девушкой, как с живой куклой. Она согласна с миссис Пирс, которая считает, что они «ни о чем не думают».
Еще через несколько месяцев оба экспериментатора вывозят Элизу на великосветский прием, где она имеет головокружительный успех, все принимают её за герцогиню. Хиггинс выигрывает пари.
Придя домой, он наслаждается тем, что эксперимент, от которого он уже успел подустать, наконец закончен. Он ведет себя и разговаривает в своей обычной грубоватой манере, не обращая на Элизу ни малейшего внимания. Девушка выглядит очень уставшей и грустной, но при этом она ослепительно красива. Заметно, что в ней накапливается раздражение.
В конце концов она запускает в Хиггинса его туфлями. Ей хочется умереть. Она не знает, что с ней дальше будет, как ей жить. Ведь она стала совершенно другим человеком. Хиггинс уверяет, что все образуется. Ей, однако же, удается задеть его, вывести из равновесия и тем самым хотя бы немного за себя отомстить.
Ночью Элиза сбегает из дома. Наутро Хиггинс и Пикеринг теряют голову, когда видят, что Элизы нет. Они даже пытаются разыскать её при помощи полиции. Хиггинс чувствует себя без Элизы как без рук. Он не знает ни где лежат его вещи, ни какие у него назначены на день дела. Приезжает миссис Хиггинс. Затем докладывают о приходе отца Элизы. Дулиттл очень изменился. Теперь он выглядит как зажиточный буржуа. Он в негодовании набрасывается на Хиггинса за то, что по его вине ему пришлось изменить свой образ жизни и теперь стать гораздо менее свободным, чем он был прежде. Оказывается несколько месяцев назад Хиггинс написал в Америку одному миллионеру, основавшему по всему свету филиалы Лиги моральных реформ, что Дулиттл, простой мусорщик, сейчас самый оригинальный моралист во всей Англии. Тот умер, а перед смертью завещал Дулиттлу пай в своем тресте на три тысячи годового дохода при условии, что Дулиттл будет читать до шести лекций в год в его Лиге моральных реформ. Он сокрушается, что сегодня, например, ему даже приходится официально жениться на той, с кем уже несколько лет он прожил без регистрации отношений. И все это потому, что он вынужден теперь выглядеть как почтенный буржуа. Миссис Хиггинс очень рада, что отец, наконец, может позаботиться о своей изменившейся дочери, как она того заслуживает. Хиггинс, однако, и слышать не желает о том, чтобы «вернуть» Дулиттлу Элизу.
Миссис Хиггинс говорит, что знает, где Элиза. Девушка согласна вернуться, если Хиггинс попросит у нее прощения. Хиггинс ни в какую не соглашается пойти на это. Входит Элиза. Она выражает Пикерингу благодарность за его обращение с ней как с благородной дамой. Именно он помог Элизе измениться, несмотря на то что ей приходилось жить в доме грубого, неряшливого и невоспитанного Хиггинса. Хиггинс поражен. Элиза добавляет, что если он будет продолжать её «давить», то она отправится к профессору Непину, коллеге Хиггинса, и станет у него ассистенткой и сообщит ему обо всех открытиях, сделанных Хиггинсом. После всплеска возмущения профессор находит, что теперь её поведение даже лучше и достойнее, чем то, когда она следила за его вещами и приносила ему домашние туфли. Теперь, уверен он, они смогут жить вместе уже не просто как двое мужчин и одна глупая девушка, а как «три дружных старых холостяка».
Элиза отправляется на свадьбу отца. Судя по всему, она все же останется жить в доме Хиггинса, поскольку успела к нему привязаться, как и он к ней, и все у них пойдет по-прежнему.