L'action se déroule à Séville. Don Rodrigue et Chimène s'aiment et leur mariage est sur le point d'être conclu. Mais le père de Chimène, Don Gomès — comte de Gormas et grand guerrier —, gifle Don Diègue, le père de Rodrigue, après une querelle de préséance : tous deux briguaient la charge de gouverneur du prince de Castille, et le roi Don Fernand a préféré Don Diègue. Humilié, trop vieux pour se venger lui-même, Don Diègue remet son épée à son fils et lui ordonne de laver l'affront.
Rodrigue se trouve alors déchiré entre son amour pour Chimène et son devoir filial. Ce dilemme, exprimé dans les célèbres stances de l'acte I (Percé jusques au fond du cœur / D'une atteinte imprévue aussi bien que mortelle
, I, 6), constitue le nœud tragique de la pièce. Il choisit l'honneur et tue Don Gomès en duel. Chimène, à son tour prisonnière du même conflit, aime toujours Rodrigue mais réclame justice au roi et exige la mort du meurtrier de son père.
Les péripéties s'enchaînent. Dans la nuit qui suit le duel, les Maures attaquent Séville. Rodrigue prend la tête d'une troupe et remporte une victoire éclatante qui lui vaut le surnom de Cid
— titre arabe signifiant seigneur. Ce triomphe militaire rend sa condamnation politiquement impossible. Chimène persiste néanmoins dans sa demande de vengeance et obtient qu'un champion, Don Sanche, affronte Rodrigue en combat judiciaire. Rodrigue l'emporte mais épargne son adversaire. Le roi ordonne finalement un mariage différé : après une année de deuil, Chimène épousera Rodrigue.
Les personnages secondaires éclairent le conflit principal. L'Infante, fille du roi, aime secrètement Rodrigue mais renonce à lui par devoir de rang. Don Sanche, prétendant éconduit de Chimène, incarne une bravoure sans génie face à l'héroïsme de Rodrigue. Don Fernand représente l'autorité royale qui tente de concilier justice et raison d'État.
Les thèmes centraux de l'œuvre sont le conflit entre amour et honneur, la tension entre devoir individuel et ordre politique, et la notion de gloire héroïque. Corneille y explore un héroïsme fondé sur le dépassement de soi : l'amour n'est pas nié mais sublimé par le sacrifice. Chimène ne cesse d'aimer Rodrigue précisément parce qu'il a choisi l'honneur — choix qu'elle aurait elle-même exigé de lui. Cette dialectique, souvent appelée le dilemme cornélien
, fait du Cid la matrice de toute la dramaturgie de Corneille.