一名作家在赴印度为自己的第二本小说寻找创作灵感时遇到了一个老人。老人让他去加拿大蒙特利尔找一个人，他有一个故事，能够让人相信上帝。作家找到了这个名叫便辛·帕特尔的40岁印度裔中年男人，帕特尔在家里一边做饭，一边向他讲起了自己的故事。
帕特尔从小就和父亲的好朋友、一个酷爱游泳和旅游的叔叔学得了一身漂亮的游泳技艺，他的名字便辛（Piscine，法语游泳池的意思）也由此而来。可便辛却因为这个与英文“小便”谐音的名字受尽同龄人的嘲笑。为了改变这个局面，便辛在数学课上背出了圆周率小数点后几百位的数字，使人们记住了他给自己取的新名字、便辛的缩写——Pi（派）。
派的父母在印度小城本地治理经营着一家动物园，亚洲象、猩猩以及斑马们支撑着一家的经济来源。派的父亲笃信科学与理性，自从西方医学治好了他的小儿麻痹，就不再相信传统宗教。相反，派的母亲却是虔诚的印度教徒，从小就给两个儿子讲述印度教的传说故事。派就这样在动物和宗教氛围的包围下长大了，和哥哥拉维不同，他个性内敛多思，对宗教充满好奇。印度教打开了他的信仰之门，之后他又先后笃信了基督教和伊斯兰教。父亲劝诫他：“一个人同时信仰三种宗教就等于什么也不信”，派却不以为然。
一次，年幼的派偷了饲养员的牛肉，想要跟动物园里最凶猛的孟加拉虎理查德·帕克交朋友，父亲及时赶来制止。为了让派认识世界的凶险，父亲叫人牵来一头羊。羊被凶猛的老虎撕成了肉片，而目睹了这一过程，派曾经沉溺的童年幻想——那个关于世间万物皆善的绚丽想象幻灭了。
几年过去，印度政治动荡，派的父亲决定远赴加拿大，卖掉动物，移民定居。已长成英俊黝黑的少年派告别了初恋阿南蒂，和家人一起坐上了一艘日本客轮。同行的还有动物园的那些猩猩、鬃狗、斑马们。上船的第一天，派的家人就和船员起了矛盾——一个满脸横肉的法国厨子拒绝给笃信宗教的派和母亲提供素食。父亲差点和厨子打了起来，一名中国水手拉开了他们。水手自称是佛教徒，劝说派的母亲，在船上条件所限随缘随喜，吃肉汁也算是素食了。
当天深夜在茫茫大海中，原本令派感到刺激无比的暴风雨一瞬间就成了吞噬货船的大灾难。派本想去救还在熟睡的家人，却被慌乱的水手们推上了一艘救生艇逃生，和一匹受了伤的斑马、红毛猩猩“橘汁”、一只鬃狗开始了海上漂流生活。风平浪静后，动物们的兽性毕露——鬃狗首先对受伤的斑马发起攻击。“橘汁”被它的举动激怒了，狠狠地赏了鬃狗一拳。躲在一边的派正在大声叫好，却目睹了鬃狗凶恶的报复——它一口咬死了“橘汁”。“橘汁”的死激发了派内心的愤怒，他拿起匕首准备和鬃狗肉搏。就在此时，理查德·帕克一声巨吼，从船舱里扑出。原来，这只孟加拉虎也逃上了救生艇。它一口咬死了鬃狗，却给派带来了新的问题——跟鬃狗比起来，要和一只老虎在小小的救生艇上共处下去，显然更加凶险。
斑马和猩猩的尸体很快就成了老虎的口中餐。尽管如此，缺乏食物和淡水的情况还是迅速让胃口巨大的老虎陷入了饥渴。派在救生艇上找到了配备补给的听装淡水和饼干，但是如果不能喂饱老虎，他仍时刻处于危险之中。为了和老虎保持安全的距离，派大部分时间都待在自己用木板和救生圈自制的小筏子上，开始学着捕鱼。饿晕了的老虎跳下水向他游来，情急之中派几乎要动手杀死老虎，却因内心的善良而未能下手。捉到第一条大鱼的时候，这个曾经的虔诚教徒因为破了杀戒而泫然欲泣。喂饱老虎，他终于摸索到了和老虎和平共处的方法。
和理查德·帕克一起，派看到了海上最壮丽奇幻的景色——飞鱼的队伍，镜子一样平静的海面、闪着荧光的深海鱼群。常常对着老虎自言自语却无法交流的他靠写日记的方法抒发内心、排解绝望。理查德·帕克在某种意义上成了他的朋友，时刻提醒他不要放松警惕，坚持活下去。
一天晚上，派看着海水陷入了对家人的思念，没有注意到一只巨大的鲸鱼在他们的小艇旁跃出水面。掀起的巨浪把派的小木筏拍进了海中，仅剩的食物和淡水都消失在海中。又有一次，一艘巨轮从远处的海豚群旁驶过，派发射了信号弹，巨轮上的人却没有注意到。信号弹从海面漆黑的高空散落，四周寂静无声，仿佛在告诉派和理查德·帕克，被拯救的可能性愈发渺茫。屋漏偏逢连阴雨，救生艇又一次遭遇暴风雨。老虎吓得躲进船舱瑟瑟发抖。派的斗志也几乎消磨殆尽。他向着风雨吼出了心中的困惑：“我已经失去了一切，你到底还想要什么？！”
风雨平息后，派和理查德·帕克都奄奄一息。曾经壮硕的孟加拉虎几近脱水。派把它的头捧进怀里，以为会就这样一同死在海上。然而，昏迷醒来，派却发现救生艇漂到了一个浮岛边。这个神奇的岛由无数盘根错节的大树组成，派和理查德·帕克分别被翠绿的植物和数以万计的狐獴给喂饱了。
夜深了，派打算在树上休息，理查德·帕克却跑回了救生艇。无意中派发现这岛原来是个恐怖的食人岛——白天绿洲一般的淡水湖夜里漂浮着被酸性液体腐蚀的鱼骨，而莲花状的大树果实里包着人类的牙齿。这促使差点“死于安乐”的派下定决心，带着充足的食物补给，和理查德·帕克继续他们的漂流。终于，在227个日夜过去后，派和理查德·帕克的小艇在墨西哥的海边靠岸了。筋疲力尽的派晕倒在沙滩上，只看到理查德·帕克离去的背影——老虎毕竟没有失去它的野性，一上岸就走向了丛林……
如果不是造船商派人来调查，劫后余生的少年派一定不想再回忆自己的苦难历程。但日本调查员并不相信派这个充满了奇幻色彩的故事，坚持要派说出“真相”。派于是讲了第二个故事，这个故事里，客船一样沉没了，派也一样逃上了救生艇，不同的是，没有斑马、老虎和食人岛，有的只是人类：和派一起上救生艇的是法国厨子、中国水手以及派的母亲。厨子杀死了受伤的水手并吃了他的肉，激怒了派的母亲。母亲打了厨子一巴掌，竟也被凶残的厨子杀死了，当时逃到木筏上的派目睹一切却爱莫能助。愤怒终于激发了他内心兽性的本能，趁厨子不备杀死了他，独自一人生存了下来。
这个有着残酷情节的故事发生在一个少年身上未免太过悲惨，日本调查员似乎更无法相信，在调查报告里按照第一个故事做出了结论。听故事的作家也被震惊了，久久无语。但是当中年派问他更喜欢哪个故事时，作家还是选择了第一个。“有老虎的那个，比较精彩。”作家这么说。派笑了：“所以你跟随了上帝。”（作者为本报编辑）
