康熙十二年春，江南姑苏城外三十里的芙蓉镇，正是桃红柳绿时节。这个素有“衣被天下”美誉的织造之乡，处处可闻机杼声声，户户可见彩练当空。镇东头白墙黑瓦的沈家小院里，今年刚满十八岁的沈云织正在檐下理丝。这姑娘生得眉目如画，更有一双巧手能同时操控五色丝线，织出的云锦霞帔能让蝴蝶误作真花。
这日清晨，云织到镇外的芙蓉溪畔浣纱。溪水清澈见底，倒映着两岸花树。正劳作时，忽见上游漂来一段焦木，形状奇特，似是被雷火劈灼，木身上却缠着七彩丝线，在阳光下熠熠生辉。云织觉得稀奇，便用竹竿将焦木捞起。入手时只觉木质温润，异香扑鼻，那七彩丝线触手生凉，竟不似人间织物。
当夜三更，云织在灯下端详这段焦木，忽见木身裂开细纹，透出莹莹微光。困意袭来，恍惚间见一彩衣女子翩然而至，敛衽施礼：“奴家本是天河织女座下的云梭仙子，因不慎燎了凤凰羽衣，被贬凡间历劫。蒙娘子相救，若肯以心血养我百日，必当厚报。”说罢化作流光没入焦木之中。
云织惊醒，见焦木仍在案上发光。她素来信奉因果，便依梦中所言，每日子时刺指滴血，悉心浇灌。到第九十九日深夜，焦木忽然“咔嚓”裂开，内中竟是个巴掌大的玉梭，通体剔透，梭心一点朱红似血，触手生温，隐隐有流光转动。
自此云织技艺突飞猛进。她用这玉梭纺织，不需点灯也能在暗室织就繁复花纹。一匹素绢经她手织染，薄如蝉翼却韧似罗锦，绣出的花鸟能引真蝶飞舞，绣出的山水竟似有云烟流动。镇上纷纷传言，说沈家女儿得了织女真传。
这日，芙蓉镇首富赵员外亲临沈家小院。原来苏州知府即将五十大寿，赵员外想献一幅绝品织锦为寿礼。他取出珍藏的南海鲛绡纱、天山冰蚕丝，许下百两纹银：“若云织娘子能织就《百花争艳图》，另有重谢。”
云织闭门纺织三日。但见玉梭翻飞，丝线如虹，织机上渐渐显出百花容颜：牡丹含露欲滴，芍药迎风招展，兰草幽香似可闻，梅枝傲雪如有骨。更奇的是花间蜂蝶栩栩如生，仿佛振翅欲飞。赵员外得图大喜，额外又赏了十两银子。
这事却惹恼了镇西的孙绣娘。这孙绣娘原是苏州织造局的绣工，因手艺不精又被查出贪墨丝线，早年被革退还乡。她见云织得赏，嫉妒得夜不能寐，这日深夜竟翻墙潜入沈家。透过窗纸缝隙，恰见那玉梭在月光下自行纺织，七彩流光溢满斗室。
孙绣娘正待窃取，忽闻门外犬吠大作，慌忙中碰翻纺车。云织惊醒，孙绣娘仓皇逃脱，却顺手牵走了织机上一缕金线。
次日知府寿宴，高朋满座。赵员外献上织锦时，满堂皆惊。正当知府抚掌赞叹之际，孙绣娘突然闯出跪地高呼：“大人明鉴！此乃妖术所织！”她取出暗藏的符水泼向织锦——但见百花瞬间枯萎，蜂蝶化成飞灰，锦缎上冒出阵阵青烟！
满座哗然。孙绣娘又呈上那缕金线：“此乃民妇昨夜从沈家所得，经高人辨认，实乃妖物所化！”知府大怒，当场革去赵员外功名，又派衙役捉拿云织。
危急时刻，玉梭忽然飞起，化作彩衣女子：“恩主莫慌，我虽法力未复，可助你暂避。”说罢掷出七彩丝线，在空中织就云桥。云织踏云而行，但见脚下山河渐小，不觉间已入九天之上。
彩衣女子引云织至一处宫殿，但见匾额上书“天孙织坊”四个古篆。殿内云霞缭绕，无数仙娥手持玉梭穿梭往来，织机上的云锦霞光万道。彩衣女子道：“此乃织女娘娘居所，我本在此执役。因你救我脱困，特引你来此暂避。”
忽闻仙乐阵阵，一位雍容华贵的女神驾云而至。彩衣女子忙拉云织下拜：“参见织女娘娘。”织女微笑扶起云织：“你与我有机缘。可愿在此学艺三年？”云织想起家中老母，面露难色。织女掐指一算：“你尘缘未了，且送你回去。这枚金梭予你防身，遇难时念我法号。”说罢袖中飞出一枚金梭，没入云织怀中。
云织再睁眼时，已回到芙蓉溪畔。急忙返家，却见蛛网满屋，灶台生尘。问及邻舍才知：天上三日，人间三年。母亲因思念女儿一病不起，去年寒冬已然病故。家宅也被孙绣娘霸占，说是抵偿“妖术害人”之罪。
更可恨的是，那孙绣娘竟凭陷害云织之功，巴结上新任知府，当上了织造局管事。云织欲告状申冤，反被衙役锁拿，诬为“妖女还魂”投入大牢。
狱中阴暗潮湿，云织取出金梭垂泪。忽听梭中传出织女声音：“且织冤情于锦上。”云织拆了囚衣搓线，取发为彩丝，咬指滴血为染料，在牢房地面上织起冤情图。织到悲愤处，血泪俱下，竟将满腔冤屈都织入锦中。
当夜知府噩梦连连，梦见织女斥其贪暴。惊醒后见牢房方向金光冲天，赶去一看，但见地面浮现巨幅织锦，历数其与孙绣娘贪墨贡银、陷害良善的罪状，时间地点、赃物数目一清二楚。
恰在此时，钦差大臣林御史巡按江南路过姑苏。见异象赶至，当场查证织锦所诉。果然在孙绣娘宅中搜出账本，起出赃银三万两。知府与孙绣娘被革职问罪，押赴刑场那日，百姓争相掷石唾骂。
林御史怜云织冤屈，又爱其才艺，命她重整织造局。云织上任后革除积弊，创立“织户联保”，广收贫家女子传授技艺。她用金梭织出“万寿锦”进献朝廷，康熙帝龙心大悦，亲题“天工织造”匾额，赦免芙蓉镇三年税赋。
芙蓉镇日渐繁荣，云织却始终郁郁寡欢。这日独坐织机前，忽见玉梭再现彩光。当夜织女入梦：“你尘缘已了，可愿位列仙班？”云织却道：“愿留人间传授技艺，使天下寒衣得暖。”织女感其志，赐下《天工织谱》，言罢驾云而去。
云织终身未嫁，收养战争遗孤与贫家女子百余人，倾囊相授织艺。晚年着《织经》三卷，流传后世。后人感其德，建“云织祠”供奉，香火不绝。据说逢旱灾时，向织女祠求雨，常有彩云自织机中升起，甘霖随之而至。有渔夫夜归，曾见祠中飞出七彩梭影，与星月同辉。
有诗赞云：
云梭本自天上来，尘世几度遭劫灾。
巧手能织百花艳，慈心可化甘霖霭。
莫道红颜多薄命，且看巾帼胜须眉。
至今江南纺织女，犹拜云织祠前苔。