L'opéra met en scène l'amour d'Hermann, un jeune officier sans fortune, pour Lisa, petite fille de la vieille Comtesse, une joueuse effrénée, jadis connue sous le nom de la Dame de Pique, et tenue pour détentrice d'un secret pour gagner infailliblement aux cartes, ainsi que le rappelle Tomsky. Or Lisa n'est pas insensible à la passion d'Hermann, mais elle est fiancée au riche prince Eletzky. Pour pouvoir supplanter ce dernier et épouser celle qu'il aime, il faudrait à Hermann devenir riche Aussi est-il obsédé par le secret de la Comtesse: le découvrir lui permettrait de gagner une fortune aux cartes. 

Il s'introduit une nuit dans les appartements de la vieille femme et l'interroge, mais elle meurt d'effroi sans avoir divulgué son secret. Le fantôme de la Comtesse apparaît plus tard à Hermann, lui révélant le "secret des trois cartes": le trois, le sept, et l'as. 

En un ultime rendez-vous, Lisa tente de raisonner Hermann, mais il ne pense plus désormais qu'au jeu; il la repousse et elle se jette dans le fleuve. 

Dans une maison de jeu, Hermann gagne deux fois de fortes sommes avec le trois et le sept: mais pour la troisième partie, qu'il joue contre Eletzky, au lieu de l'as, c'est la dame de pique qui sort: Hermann croit voir le visage ricanant de la Comtesse, perd la raison, et se tue.