Carmilla raconte l'etrange aventure survenue à une jeune fille de l'aristocratie irlandaise, Laura, dont le père receuille, à la suite d'un accident de cab, une jeune étrangere extraordinairement belle, nommée Mircalla. Celle-ci exerce aussitôt une véritable fascination sur sa cadette qui peu à peu sombre totalement sous sa domination. Pourtant, certaines habitudes de Mircalla ne manquent pas d'inquièter la gouvernante de Laura pour qui les petites manies de l'étrangère paraissent de plus en plus suspectes. En effet, Mircella dort le jour, vit la nuit pour disparaître dans de mystérieuses et lointaines promenades ; elle ne supporte pas les crucifix, ne mange jamais. A l'inverse, Laura semble dépérir de jour en jour, comme victime d'un mal mysterieux qui la ronge irresistiblement.
La révélation du caractère vampirique de Mircalla est faite à la suite de la visite d'un ami du père de Laura qui, à la vue de Mircalla, reconnaît aussitôt en elle l'insidieuse créature ayant mené sa nièce vers la mort, la redoutable Carmilla Karnstein, dont la sépulture se trouve dans un domaine abandonné à quelques lieues de la demeure de Laura. Dévoilée, Carmilla sera tuée, un pieu enfoncé dans le coeur et la tête coupée, comme il est d'usage pour se débarrasser d'un vampire.